申请/专利权人：北京石油化工学院

申请日：2017-06-21

公开（公告）日：2020-05-22

公开（公告）号：CN107159068B

主分类号：B01J13/00(20060101)

分类号：B01J13/00(20060101);B01J21/18(20060101);B01J27/18(20060101);C01B32/184(20170101);C01B32/168(20170101);C01G23/047(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.05.22#授权;2017.10.17#实质审查的生效;2017.09.15#公开

摘要：本发明公开了一种石墨烯复合气凝胶的制备方法，首先将氧化石墨烯分散于去离子水中形成氧化石墨烯分散液；将某一添加成分分散于去离子水中形成该添加成分的分散液；经超声分散或搅拌后得到该添加成分与氧化石墨烯的均匀分散液；加入还原剂加热进行化学还原法还原，得到含有该添加成分的石墨烯复合水凝胶；重复得到含有另一添加成分的氧化石墨烯均匀分散液；并得到的石墨烯复合水凝胶的外围包裹上含有另一添加成分的石墨烯复合水凝胶；经过去杂干燥处理后得到同轴电缆型石墨烯复合水凝胶。利用该方法制备出的石墨烯复合气凝胶可复合石墨烯与添加的多种组分的优点，从而使石墨烯气凝胶具有多种特性和功能。

主权项：1.一种石墨烯复合气凝胶的制备方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1、将氧化石墨烯分散于去离子水中形成氧化石墨烯分散液；步骤2、按照实际需要将某一添加成分分散于去离子水中形成该添加成分的分散液；步骤3、将步骤1和2所得到的分散液混合，经超声分散或搅拌后得到该添加成分与氧化石墨烯的均匀分散液；步骤4、将步骤3得到的均匀分散液放入反应容器中，并加入还原剂加热进行化学还原法还原，得到含有该添加成分的石墨烯复合水凝胶；步骤5、重复步骤1和2，得到含有另一添加成分的氧化石墨烯均匀分散液；步骤6、将步骤4得到的石墨烯复合水凝胶放入步骤5的氧化石墨烯均匀分散液中，加入还原剂继续加热进行化学还原法还原，从而在步骤4得到的石墨烯复合水凝胶的外围包裹上含有另一添加成分的石墨烯复合水凝胶；步骤7、重复步骤5和6，得到同轴电缆型的石墨烯复合水凝胶；步骤8、将步骤7得到的同轴电缆型石墨烯复合水凝胶放入去离子水或氨水中，浸泡后去除反应残余杂质；步骤9、将去除反应残余杂质后的石墨烯复合水凝胶进行冷冻干燥或超临界干燥，得到干燥后的同轴电缆型石墨烯复合水凝胶。

全文数据：一种石墨烯复合气凝胶的制备方法技术领域[0001]本发明涉及石墨烯材料技术领域，尤其涉及一种石墨烯复合气凝胶的制备方法。背景技术[0002]目前，石墨烯气凝胶是以石墨烯为主体的三维多孔网络结构，它具有石墨烯的纳米特性和气凝胶的宏观结构，具有很强的机械强度、电子传导能力和传质速率，多孔的网络结构还使它具有极大的比表面积和孔隙率、高的比表面积、超轻的密度，因而近年来受到了多领域的关注，在吸附、工业催化、环保、能源等领域具有广泛的应用。[0003]为扩展石墨烯气凝胶的应用，现有技术利用各种方法制备出了含有不同组分的石墨烯复合气凝胶，如填充碳纳米管的石墨烯气凝胶、氮掺杂的石墨烯气凝胶、片状M〇S2石墨烯复合气凝胶、氮化铁掺杂的石墨烯气凝胶等，这些石墨烯气凝胶虽然显示出了不同的功能或特性，但是由于气凝胶中含有的组分种类较少，存在着功能或特性单一的缺点。发明内容[0004]本发明的目的是提供一种石墨烯复合气凝胶的制备方法，利用该方法制备出的石墨烯复合气凝胶可复合石墨烯与添加的多种组分的优点，从而使石墨烯气凝胶具有多种特性和功能。[0005]—种石墨烯复合气凝胶的制备方法，所述方法包括：[0006]步骤1、将氧化石墨烯分散于去离子水中形成氧化石墨烯分散液；[0007]步骤2、按照实际需要将某一添加成分分散于去离子水中形成该添加成分的分散液；[0008]步骤3、将步骤1和2所得到的分散液混合，经超声分散或搅拌后得到该添加成分与氧化石墨烯的均匀分散液；[0009]步骤4、将步骤3得到的均匀分散液放入反应容器中，并加入还原剂加热进行化学还原法还原，得到含有该添加成分的石墨烯复合水凝胶；[0010]步骤5、重复步骤1和2,得到含有另一添加成分的氧化石墨烯均匀分散液；[0011]步骤6、将步骤4得到的石墨烯复合水凝胶放入步骤5的氧化石墨烯均匀分散液中，加^还原剂继续加热进行化学还原法还原，从而在步骤4得到的石墨烯复合水凝胶的外围包裹上含有另一添加成分的石墨烯复合水凝胶；[0012]步骤7、重复步骤5和6,得到同轴电缆型的石墨烯复合水凝胶；[0013]步骤8、将步骤7得到的同轴电缆型石墨烯复合水凝胶放入去离子水或氨水中，浸泡后去除反应残余杂质；[00M]步骤9、将去除反应残余杂质后的石墨烯复合水凝胶进行冷冻干燥或超临界干燥，得到千燥后的同轴电缆型石墨烯复合水凝胶。[0015]所述步骤2和步骤5中的添加成分包括金属、金属氧化物及多元金属氧化物、金属卤化物、无机碳材料、碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐中的任意一种或几种。[0016]在所述步骤3中，所述超声分散的超声功率40-1000W，超声频率20_8〇KHZ;[0017]所述搅拌为磁力搅拌或机械搅拌，转速为40-4000转分。[0018]在所述步骤4和6所加入的还原剂为亚硫酸氢钠、抗坏血酸、抗坏血酸钠、水合肼、葡萄糖、硼氢化钠、氢碘酸、乙二胺中的一种或多种。[0019]在所述步骤8中的氨水质量浓度为5-28%，浸泡时间为1-10天。[0020]在所述步骤9中的冷冻干燥条件包括：[0021]冷冻温度为-5〜-65°C，干燥温度为_45〜10°C，真空度10〜llOPa，干燥时间为12〜96h;[0022]且所述超临界干燥具体为超临界二氧化碳干燥。[0023]最终所得到的石墨烯复合气凝胶的形状取决于所采用的反应容器形状，具体为圆柱形、椭圆形、三角形、正方形或长方形。[0024]由上述本发明提供的技术方案可以看出，利用上述方法制备出的石墨烯复合气凝胶可复合石墨烯与添加的多种组分的优点，从而使石墨烯气凝胶具有多种特性和功能，克服了石墨烯气凝胶单一特性的缺点。附图说明[0025]为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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附图。[0026]图1为本发明实施例所提供石墨烯复合气凝胶的制备方法流程示意图；[0027]图2为本发明实施例所得到的同轴电缆型石墨烯复合水凝胶的示意图；[0028]图3为本发明实施例所举出的同轴电缆型石墨烯复合气凝胶的场发射扫描电镜示意图。具体实施方式[0029]下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。[0030]本发明实施例所制备的同轴电缆型石墨烯复合气凝胶是由含有某种组分的石墨烯气凝胶作为“核”，外面包围几层含有另外不同添加成分的石墨烯气凝胶作为“壳”，由此形成同轴电缆型的结构，该复合气凝胶兼备石墨烯与所添加的多种组分的优点，使得所制备的石墨烯气凝胶具有多种特性和功能。下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本发明实施例所提供石墨烯复合气凝胶的制备方法流程示意图，所述制备方法包括：[0031]步骤1、将氧化石墨烯分散于去离子水中形成氧化石墨烯分散液；[0032]在该步骤中，氧化石墨嫌按照本领域所知的合适方法进行制备，例如Hummers法制备。10033J步骤2、彳女照实际需要将某一添加成分分散于去离子水中形成该添加成分的分散液；[0034]在该步骤中，所加入的添加成分可以包括金属、金属氧化物及多元金属氧化物、金属卤化物、无机碳材料、碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐中的任意一种或几种。[0035]另外，也可以按照需求不添加任何成分。[0036]步骤3、将步骤1和2所得到的分散液混合，经超声分散或搅拌后得到该添加成分与氧化石墨烯的均匀分散液；[0037]在该步骤中，所述超声分散的超声功率40-1000W，超声频率20-80KHZ;[0038]所述搅拌为磁力搅拌或机械搅拌，转速为40-4000转分。[0039]步骤4、将步骤3得到的均匀分散液放入反应容器中，并加入还原剂加热进行化学还原法还原，得到含有该添加成分的石墨稀复合水凝胶；[0040]在该步骤中，所加入的还原剂为亚硫酸氢钠、抗坏血酸、抗坏血酸钠、水合肼、葡萄糖、硼氢化钠、氢碘酸、乙二胺中的一种或多种。[0041]步骤5、重复步骤1和2,得到含有另一添加成分的氧化石墨烯均匀分散液；[0042]步骤6、将步骤4得到的石墨烯复合水凝胶放入步骤5的氧化石墨烯均匀分散液中，加入还原剂继续加热进行化学还原法还原，从而在步骤4得到的石墨烯复合水凝胶的外围包裹上含有另一添加成分的石墨烯复合水凝胶；[0043]步骤7、重复步骤5和6,得到同轴电缆型的石墨烯复合水凝胶；[0044]步骤8、将步骤7得到的同轴电缆型石墨烯复合水凝胶放入去离子水或氨水中，浸泡后去除反应残余杂质；[0045]在所述步骤8中的氨水质量浓度为5-28%，浸泡时间为1-10天。[0046]步骤9、将去除反应残余杂质后的石墨烯复合水凝胶进行冷冻干燥或超临界干燥，得到干燥后的同轴电缆型石墨烯复合水凝胶。[0047]在该步骤中，冷冻干燥条件包括：[0048]冷冻温度为-5〜-65t!，干燥温度为-45〜10°C，真空度10〜U〇pa，干燥时间为12〜96h;[0049]且所述超临界干燥具体为超临界二氧化碳千燥。[0050]具体实现中，最终所得到的石墨烯复合气凝胶的形状取决于所采用的反应容器形状，如图2所示为本发明实施例所得到的同轴电缆型石墨烯复合水凝胶的示意图，图中的石墨烯复合气凝胶为圆柱形，除了该圆柱形之外，也可以是椭圆形、三角形、正方形或长方形等其他任意形状。[0051]下面以具体的实例对上述制备方法进行详细说明：[0052]实施例1、具体步骤如下：[0053]1将氧化石墨烯分散于去离子水中形成浓度为2mgmL氧化石墨烯分散液；[0054]2不添加其他组分；[0055]3将步骤1得到的氧化石墨烯混合分散液加入亚硫酸氢钠亚硫酸氢钠与氧化石墨烯质量比为1:3〇，放入反应容器中于95°C还原Sh得到石墨烯水凝胶；[0056]⑷另取氧化石墨燦分散于去离子水中形成浓度为2mgmL氧化石墨炼分散液；[0057]⑸将碳纳米管分散于去离子水中形成浓度为3mgmL的碳纳米管分散液；[0058]¢3将步骤4和5得到的分散液混合，经过机械搅拌得到碳纳米管氧化石墨烯均句分散液；[0059]7将步骤3得到的石墨烯水凝胶放入步骤6的碳纳米管氧化石墨烯均匀分散液中，并加入亚硫酸氢钠亚硫酸氢钠与氧化石墨條质量比为1:30，放入反应容器中于95°C还原8h得到碳纳米管石墨烯复合水凝胶；[0060]⑻另取氧化石墨烯分散于去离子水中形成浓度为2mgmL氧化石墨烯分散液；[0061]⑼将纳米Ti〇2粉体分散于去离子水中形成浓度为30mgmL的Ti〇2分散液；[0062]1〇将步骤8和9的分散液混合，经过磁力搅拌得到Ti〇2氧化石墨烯均匀分散液；[0063]11将步骤C7得到的碳纳米管石墨烯水凝胶放入步骤10的以〇2氧化石墨烯均匀分散液中，并加入亚硫酸氢钠亚硫酸氢钠与氧化石墨烯质量比为丨：30，放入反应容器中于95°C还原8h得到Ti02碳纳米管石墨烯复合水凝胶；[0064]12将步骤（11得到的复合石墨烯水凝胶放入28%氨水中，浸泡3天，去除反应残余杂质；[0065]1¾将步骤（12得到的石墨烯水凝胶进行冷冻干燥，最终得到^出碳纳米管石墨稀复合气凝胶。[0066]上述所得到的同轴电缆型石墨烯复合水凝胶密度为14mgcm3,如图3所示为本发明实施例所举出的同轴电缆型石墨烯复合气凝胶的场发射扫描电镜示意图，从图3可知:该同轴电缆型石墨烯复合水凝胶具有高弹性、高比表面积、优异的光催化性能功能。[0067]实施例2、具体步骤包括：[0068]1将氧化石墨烯分散于去离子水中形成浓度为3mgmL氧化石墨烯分散液；[0069]⑵将碳纳米管分散于去离子水中形成浓度为3mgmL的碳纳米管分散液；；[0070]3将步骤1和⑵得到的分散液混合，经过机械搅拌得到碳纳米管氧化石墨烯均匀分散液；[0071]4将步骤3得到的碳纳米管氧化石墨烯混合分散液加入维生素c维生素C与氧化石墨烯质量比为1:30，放入反应容器中于95°C还原Sh得到碳纳米管石墨烯水凝胶；[0072]5另取氧化石墨烯分散于去离子水中形成浓度为3mgmL氧化石墨烯分散液；[0073]⑹将MoS2纳米片分散于去离子水中形成浓度为3mgmL的M0S2分散液；[0074]⑺将步骤⑸和⑹得到的分散液混合，经过机械搅拌得到MoS2氧化石墨烯均匀分散液；[0075]8将步骤4得到的碳纳米管石墨烯水凝胶放入步骤7的MoS2氧化石墨烯均匀分散液中，并加入亚硫酸氢钠亚硫酸氢钠与氧化石墨烯质量比为1:30，放入反应容器中于95°C还原8h得到M〇S2碳纳米管石墨烯复合水凝胶；[0076]⑼另取氧化石墨烯分散于去离子水中形成浓度为2mgmL氧化石墨烯分散液；[°077]10将纳米Si02粉体分散于去离子水中形成浓度为2〇mgmL的Si02分散液；[0078]11将步骤⑼和（10的分散液混合，经过磁力搅拌得到Si02氧化石墨烯均匀分散液；[0079]12将步骤⑻得到的MoS2碳纳米管石墨烯水凝胶放入步骤11的Si02氧化石墨烯均匀分散液中，并加入亚硫酸氢钠亚硫酸氢钠与氧化石墨烯质量比为1:30，放入反应容器中于95°C还原8h得到Si02MoS2碳纳米管石墨烯复合水凝胶；[0080]I3将步骤（12得到的复合石墨烯水凝胶放入28%氨水中，浸泡3天，去除反应残余杂质；[0081]14将步骤13得到的石墨烯水凝胶进行冷冻干燥，得到Si〇2MoS2碳纳米管石墨烯复合气凝胶。[0082]上述所得到的同轴电缆型石墨烯复合水凝胶具有高弹性、高比表面积、优异的电化学性能。[0083]实施例3、具体步骤包括：[0084]1将氧化石墨烯分散于去离子水中形成浓度为2mgmL氧化石墨烯分散液；[0085]⑵将ZnO纳米棒分散于去离子水中形成浓度为5mgmL的ZnO分散液；[0086]⑶将步骤⑴和⑵得到的分散液混合，经过机械搅拌得到ZnO氧化石墨烯均匀分散液；[0087]⑷将步骤⑶得到的ZnO氧化石墨烯混合分散液加入维生素C维生素C与氧化石墨烯质量比为1:30，放入反应容器中于95°C还原8h得到ZnO石墨烯水凝胶；[0088]⑸另取氧化石墨烯分散于去离子水中形成浓度为2mgmL氧化石墨烯分散液；[0089]⑹将AgsPO4纳米颗粒分散于去离子水中形成浓度为l〇mgmL^Ag3P〇4分散液；[0090]7将步骤5和6得到的分散液混合，经过机械搅拌得到Ag3P04氧化石墨烯均勾分散液；[0091]⑻将步骤⑷得到的ZnO石墨烯水凝胶放入步骤⑺的Ag3P04氧化石墨烯均匀分散液中，并加入亚硫酸氢钠亚硫酸氢钠与氧化石墨烯质量比为1:30，放入反应容器中于95°C还原8h得到Ag3P04Zn0石墨烯复合水凝胶；[0092]⑼另取氧化石墨烯分散于去离子水中形成浓度为2mgmL氧化石墨烯分散液；[0093]10将纳米Ag颗粒分散于去离子水中形成浓度为5mgmL的Ag分散液；t〇〇94]11将步骤⑼和（10的分散液混合，经过磁力搅拌得到Ag氧化石墨烯均匀分散液；[0095]12将步骤⑻得到的Ag3P04Zn0石墨烯水凝胶放入步骤（11的Ag氧化石墨烯均匀分散液中，并加入亚硫酸氢钠亚硫酸氧钠与氧化石墨烯质量比为1:30，放入反应容器中于95°C还原8h得到AgAg3P04Zn0石墨烯复合水凝胶；[0096]I3将步骤12得到的复合石墨烯水凝胶放入28%氨水中，浸泡5天，去除反应残余杂质；t〇〇97]14将步骤（1¾得到的石墨烯水凝胶进行冷冻干燥，得到AgAg3P04Zn0石墨烯复合气凝胶。[0098]上述所得到的同轴电缆型石墨烯复合水凝胶具有高弹性、高比表面积、优异的抗菌与光催化降解性能。[00"]综上所述，利用该方法制备出的石墨烯复合气凝胶可复合石墨烯与添加的多种组分的优点，从而使石墨烯气凝胶具有多种特性和功能，克服了石墨烯气凝胶单一特性的缺点；呈现出具有高导电性、金属离子吸附、有机污染物吸附、光催化降解和超级电容器等多种方面的应用前景。[0100]以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

权利要求：1.一种石墨烯复合气凝胶的制备方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1、将氧化石墨烯分散于去离子水中形成氧化石墨烯分散液；步骤2、按照实际需要将某一添加成分分散于去离子水中形成该添加成分的分散液；步骤3、将步骤1和2所得到的分散液混合，经超声分散或搅拌后得到该添加成分与氧化石墨煤的均勾分散液；步骤4、将步骤3得到的均匀分散液放入反应容器中，并加入还原剂加热进行化学还原法还原，得到含有该添加成分的石墨烯复合水凝胶；步骤5、重复步骤1和2,得到含有另一添加成分的氧化石墨烯均匀分散液；步骤6、将步骤4得到的石墨烯复合水凝胶放入步骤5的氧化石墨烯均匀分散液中，加入还原剂继续加热进行化学还原法还原，从而在步骤4得到的石墨烯复合水凝胶的外围包裹上含有另一添加成分的石墨烯复合水凝胶；步骤7、重复步骤5和6,得到同轴电缆型的石墨烯复合水凝胶；步骤8、将步骤7得到的同轴电缆型石墨烯复合水凝胶放入去离子水或氨水中，浸泡后去除反应残余杂质；步骤9、将去除反应残余杂质后的石墨烯复合水凝胶进行冷冻干燥或超临界干燥，得到干燥后的同轴电缆型石墨烯复合水凝胶。2.根据权利要求1所述石墨烯复合气凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤2和步骤5中的添加成分包括金属、金属氧化物及多元金属氧化物、金属卤化物、无机碳材料、碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐中的任意一种或几种。3.根据权利要求1所述石墨烯复合气凝胶的制备方法，其特征在于，在所述步骤3中，所述超声分散的超声功率40-1000W，超声频率20-80KHZ;所述搅拌为磁力搅拌或机械搅拌，转速为40-4000转分。4.根据权利要求1所述石墨烯复合气凝胶的制备方法，其特征在于，在所述步骤4和6所加入的还原剂为亚硫酸氢钠、抗坏血酸、抗坏血酸钠、水合肼、葡萄糖、硼氢化钠、氢碘酸、乙二胺中的一种或多种。5.根据权利要求1所述石墨烯复合气凝胶的制备方法，其特征在于，在所述步骤8中的氨水质量浓度为5-28%，浸泡时间为1-10天。6.根据权利要求1所述石墨烯复合气凝胶的制备方法，其特征在于，在所述步骤9中的冷冻干燥条件包括：冷冻温度为-5〜-65°C，干燥温度为-45〜10°C，真空度10〜llOPa，干燥时间为12〜96h;且所述超临界干燥具体为超临界二氧化碳干燥。7.根据权利要求1所述石墨烯复合气凝胶的制备方法，其特征在于，最终所得到的石墨烯复合气凝胶的形状取决于所采用的反应容器形状，具体为圆柱形、椭圆形、三角形、正方形或长方形。

百度查询： 北京石油化工学院 一种石墨烯复合气凝胶的制备方法

免责声明
1、本报告根据公开、合法渠道获得相关数据和信息，力求客观、公正，但并不保证数据的最终完整性和准确性。
2、报告中的分析和结论仅反映本公司于发布本报告当日的职业理解，仅供参考使用，不能作为本公司承担任何法律责任的依据或者凭证。

阅读全文 双屏查看 官方信息 专利公告 收藏专利 下载PDF 下载WORD