[发明专利]三维石墨烯基水凝胶材料、其制备方法及应用

说明书

本发明公开了三维石墨烯基水凝胶材料、其制备方法及应用，涉及石墨烯材料技术领域。三维石墨烯基水凝胶材料的制备方法包括：将氧化石墨烯、还原剂和气体溶解助剂在水溶液体系中进行反应，水溶液体系是经过脱泡处理的体系。发明人创造性地加入气体溶解助剂，并在反应之前将原料进行脱气泡处理，有效避免了石墨烯水凝胶中出现孔洞，制备得到的石墨烯基水凝胶材料结构紧实，避免了内部结构塌陷现象的出现，有效提高了石墨烯基水凝胶的力学性能，扩宽了石墨烯基水凝胶的应用领域。本发明制备工艺简单，安全绿色，成品率高，易于实现工业化应用。

技术领域

本发明涉及石墨烯材料技术领域，具体而言，涉及三维石墨烯基水凝胶材料、其制备方法及应用。

背景技术

石墨烯是一种比表面积巨大的二维碳材料，具有优异的电学、热学、力学等性能。宏观三维石墨烯基材料则是由二维石墨片组装而成，根据其形态差别又可以分为：石墨烯基水凝胶，石墨烯基气凝胶和石墨烯基干凝胶三类材料。

三维石墨烯基材料是近年来石墨烯化学领域的新型材料，通过控制石墨烯片层单元和组织结构，可以有效调控石墨烯的电学、机械、吸附和催化等特性。三维石墨烯基材料往往具有比表面积大、机械强度高、电子和离子传导能力优越等特性，在超级电容器、锂电池、催化、传感器、吸附材料等诸多领域中具有很大应用价值。

目前，制备宏观三维石墨烯材料的方法中，包括：化学还原自组装、水热还原组装和模板法三种主要路径。而以上三种方法主要存在以下问题：(1)制备得到的三维石墨烯基水凝胶材料有气泡和孔洞存在；(2)反应条件苛刻或者采用有毒污染的试剂为原料，不符合绿色、环保的要求。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三维石墨烯基水凝胶材料的制备方法，旨在制备内部无孔洞，结构紧实的石墨烯水凝胶。

本发明的另一目的在于提供一种三维石墨烯基水凝胶材料，其结构紧实，内部无孔洞，具有较好的力学性能。

本发明的第三目的在于提供上述三维石墨烯基水凝胶材料在制备三维石墨烯基气凝胶材料和三维石墨烯基干凝胶材料中的应用。

本发明是这样实现的：

本发明提供一种三维石墨烯基水凝胶材料的制备方法，包括：

将氧化石墨烯、还原剂和气体溶解助剂在水溶液体系中进行反应，水溶液体系是经过脱泡处理的体系。

本发明还提供一种三维石墨烯基水凝胶材料，由上述制备方法制备而得。

本发明还提供上述三维石墨烯基水凝胶材料在制备三维石墨烯基气凝胶材料中的应用。

本发明还提供上述三维石墨烯基水凝胶材料在制备三维石墨烯基干凝胶材料中的应用。

本发明具有以下有益效果：发明人创造性地加入气体溶解助剂，并在反应之前将原料进行脱气泡处理，有效避免了石墨烯水凝胶中出现孔洞，制备得到的石墨烯基水凝胶材料结构紧实，避免了内部结构塌陷现象的出现，有效提高了石墨烯基水凝胶的力学性能，扩宽了石墨烯基水凝胶的应用领域。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为实施例1中所制备的石墨烯水凝胶内部横截面形貌图；

图2为实施例2中所制备的石墨烯水凝胶内部横截面形貌图；

图3为实施例3中所制备的石墨烯水凝胶内部横截面形貌图；