[发明专利]一种三维网格状石墨烯材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种三维网格状石墨烯材料的制备方法，将碳源与模板剂研磨混合均匀，然后在惰性气氛下，700‑1100℃高温煅烧2‑8小时后，洗去模板剂，得到三维网格状石墨烯材料；所述模板剂为碱金属的氯化盐和碳酸盐中的一种或多种。本发明制备的三维网格状石墨烯材料的方法，无需强酸强氧化剂，模板易去除，且反应为固相合成，避免使用水系或有机溶剂，适合工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种三维网格状石墨烯材料的制备方法，属于碳材料制备技术领域。

背景技术

自2004年安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃消洛夫发现石墨烯后，石墨烯及其衍生物被广 泛应用环境和能源领域。石墨烯是由sp²杂化的碳原子构成的蜂窝状晶格结构的纳米片。石 墨烯内部碳原子以sp²杂化轨道成键，σ键与其他碳原子链接成六角环的蜂窝式层状结构， 每个碳原子的垂直于层平面的pz轨道可以形成贯穿全层的多原子的大π键，因而具有优良 的导电和光学性能。石墨烯纳米片的比表面积大于2600m²/g^-1，大的比表面积暴露丰富的表 面活性位点，有利于增强吸附和催化性能。此外，石墨烯材料具有超高的稳定性，通常用作 复合材料的载体，与半导体复合可以增强材料的导电性，拓宽材料的光响应范围。

目前，常用的石墨烯合成方法为Hummers法，即将石墨在浓H₂SO₄中通过加入KMnO₄和NaNO₃等强氧化剂氧化生成氧化石墨，后经还原反应得到还原氧化石墨烯。该技术依赖天然石墨为原料，反应涉及强酸、强氧化剂，危险性强、能耗高、不利于大规模工业化生 产。

三维石墨烯制备分为模板法和无模板法。无模板法通常是采用两步法，即先合成氧化石 墨烯，再经过水热还原为三维石墨烯。模板法常用泡沫镍、二氧化硅空心球、PS球、三聚 氰胺海绵为模板，能够构造出多种三维形貌。然而受制于可用碳源种类有限，且合成步骤复 杂，模板剂去除困难，很难规模化制备。目前，石墨烯行业的发展主要受制于石墨烯生产成 本居高不下，石墨烯结构调控不易。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种三维网格状石墨 烯材料的制备方法，无需强酸强氧化剂，模板易去除，且反应为固相合成，避免使用水系或 有机溶剂。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

一种三维网格状石墨烯材料的制备方法，将碳源与模板剂研磨混合均匀，然后在保护气 氛下，700-1100℃高温煅烧2-10小时后，洗去模板剂，得到三维网格状石墨烯材料；所述模 板剂为氯化钠以及其他碱金属的氯化盐和碳酸盐等中的一种或多种。

按上述方案，所述碳源主要包括酞菁系列化合物、多环芳烃化合物、尿素、杂环化合物 等。其中，多环芳烃化合物和杂环化合物可以采用芳烃高分子或带苯环的石油化工副产物。

进一步地，所述酞菁系列化合物为酞菁、酞菁铜、酞菁铁、酞菁镍、酞菁钴等中的一种 或多种的混合物。

进一步地，所述多环芳烃化合物为联苯、9-蒽硼酸、9-10-双(2-萘基)蒽-2-硼酸、并五 苯、并四苯、并苯-噻吩类低聚物、吲哚-咔唑类化合物等中一种或两种及以上的混合物；所 述杂环化合物为三聚氰胺、2-(3-溴苯基)-4,6-二苯基-1,3,5-三嗪、己内酰胺、顺丁烯二酸酐、 呋喃、咪唑、吡啶、吡咯等类化合物等中的一种或两种及以上的混合物。

按上述方案，所述模板剂为氯化钠以及氯化钾、碳酸钾、氯化锂等中的一种或多种；其 中氯化钠质量分数在50-100％之间。由于氯化钠的熔点为801℃，高于氯化钾的熔点(773℃)，混合之后的熔盐熔点会降低，因此为保证熔融温度合适，需要保证氯化钠质量分数不低于50％。如纯氯化钾100％无法作为模板剂。

按上述方案，碳源与模板剂的质量比为1:10-1:100。