[发明专利]一种二氧化锰/石墨烯超结构电极及其制备方法

权利要求书

1.一种二氧化锰/石墨烯超结构电极，其特征在于：包括具有螺旋24面体Gyroid结构的石墨烯载体，以及生长在所述石墨烯载体上的二氧化锰层；

所述二氧化锰/石墨烯超结构电极的制备方法，具体步骤如下：

步骤一：制做树脂模板：通过计算机软件设计螺旋24面体Gyroid超结构模板，采用高分辨率数字光处理Digital Light Processing技术，将紫外光固化树脂与陶瓷颗粒混合浆料进行光聚合3D打印制备得到树脂模板；

步骤二：制做二氧化硅超结构模板：3D打印完成后，对所述树脂模板进行脱脂和烧结，将光聚合物完全去除，得到二氧化硅超结构模板；

步骤三：制做石墨烯超结构电极：采用化学气相沉积法在所述二氧化硅超结构模板表面生长石墨烯片层；之后，用氢氟酸水溶液腐蚀掉二氧化硅，在氮气环境下进行冷冻干燥，得到石墨烯超结构电极；

步骤四：制作二氧化锰/石墨烯超结构电极：将0.158g～0.474g的KMnO₄、0.5mL HCl溶于35mL蒸馏水中，搅拌形成均匀溶液，然后将溶液转移到一个50毫升的特氟隆内衬不锈钢高压釜中；将步骤三所得的所述石墨烯超结构电极浸泡在溶液中，在85℃下维持20min，得到MnO₂的质量负荷为16～53.1mg cm^-2的二氧化锰/石墨烯超结构电极；

所述步骤一中螺旋24面体超结构模板尺寸为27×10×2mm³，重复单元边长为6.23mm，曲面厚度为0.66mm；通过软件进行分层，生成打印路径，采用Asiga MAX 27UV光固化3D打印机进行3D打印，打印的光源为紫外光，波长为385nm，层间分辨率为27μm，固化时间0.5s，打印层厚度为2mm。

2.根据权利要求1所述二氧化锰/石墨烯超结构电极，其特征在于：所述电极的体积为2.7×1×0.2cm³，密度为30～100mg cm³。

3.根据权利要求1所述二氧化锰/石墨烯超结构电极，其特征在于：所述步骤一中紫外光固化树脂与陶瓷颗粒混合浆料的制备如下：在琥珀色的瓶子中，将50～70g硅粉加入在以3：25的体积比混合的Variquat CC 42NS和光固化树脂中，使用磁力搅拌器搅拌4小时，直到无固体颗粒。

4.根据权利要求1所述二氧化锰/石墨烯超结构电极，其特征在于：所述步骤一中紫外光固化树脂由E-HDDA己二醇二丙烯酸酯和E-TMPTA乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯以3:22的质量比例，与体积分数为2％的TPO二苯基-(2,4,6-三甲基苯甲酰)氧磷光引发剂组成。

5.根据权利要求1所述二氧化锰/石墨烯超结构电极，其特征在于：所述步骤二中树脂模板进行脱脂和烧结的温度为1350℃，保温时间为5小时。

6.根据权利要求1所述二氧化锰/石墨烯超结构电极，其特征在于：所述步骤三中石墨烯片层的制备方法：

首先，将所述二氧化硅超结构模板放入管式炉的石英管中，通入0.5小时氩气去除石英管中的其他气体；然后，管式炉以6℃/min升温速率升温，至预定反应温度1000℃后，通入乙醇，所述乙醇的载气为氩气，气流量为200sccm，反应60min，在所述二氧化硅超结构模板表面生成石墨烯片层。

7.根据权利要求1所述二氧化锰/石墨烯超结构电极，其特征在于：所述步骤三中氢氟酸水溶液的体积分数为15％，刻蚀时间为12小时；刻蚀完成后，将氢氟酸溶液抽出，改为去离子水冲洗掉残留溶液。