本發(fā)明涉及石墨烯材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種石墨烯復(fù)合氣凝膠的制備方法。

背景技術(shù)：

目前，石墨烯氣凝膠是以石墨烯為主體的三維多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，它具有石墨烯的納米特性和氣凝膠的宏觀(guān)結(jié)構(gòu)，具有很強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度、電子傳導(dǎo)能力和傳質(zhì)速率，多孔的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)還使它具有極大的比表面積和孔隙率、高的比表面積、超輕的密度，因而近年來(lái)受到了多領(lǐng)域的關(guān)注，在吸附、工業(yè)催化、環(huán)保、能源等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。

為擴(kuò)展石墨烯氣凝膠的應(yīng)用，現(xiàn)有技術(shù)利用各種方法制備出了含有不同組分的石墨烯復(fù)合氣凝膠，如填充碳納米管的石墨烯氣凝膠、氮摻雜的石墨烯氣凝膠、片狀mos2/石墨烯復(fù)合氣凝膠、氮化鐵摻雜的石墨烯氣凝膠等，這些石墨烯氣凝膠雖然顯示出了不同的功能或特性，但是由于氣凝膠中含有的組分種類(lèi)較少，存在著功能或特性單一的缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種石墨烯復(fù)合氣凝膠的制備方法，利用該方法制備出的石墨烯復(fù)合氣凝膠可復(fù)合石墨烯與添加的多種組分的優(yōu)點(diǎn)，從而使石墨烯氣凝膠具有多種特性和功能。

一種石墨烯復(fù)合氣凝膠的制備方法，所述方法包括：

步驟1、將氧化石墨烯分散于去離子水中形成氧化石墨烯分散液；

步驟2、按照實(shí)際需要將某一添加成分分散于去離子水中形成該添加成分的分散液；

步驟3、將步驟1和2所得到的分散液混合，經(jīng)超聲分散或攪拌后得到該添加成分與氧化石墨烯的均勻分散液；

步驟4、將步驟3得到的均勻分散液放入反應(yīng)容器中，并加入還原劑加熱進(jìn)行化學(xué)還原法還原，得到含有該添加成分的石墨烯復(fù)合水凝膠；

步驟5、重復(fù)步驟1和2，得到含有另一添加成分的氧化石墨烯均勻分散液；

步驟6、將步驟4得到的石墨烯復(fù)合水凝膠放入步驟5的氧化石墨烯均勻分散液中，加入還原劑繼續(xù)加熱進(jìn)行化學(xué)還原法還原，從而在步驟4得到的石墨烯復(fù)合水凝膠的外圍包裹上含有另一添加成分的石墨烯復(fù)合水凝膠；

步驟7、重復(fù)步驟5和6，得到同軸電纜型的石墨烯復(fù)合水凝膠；

步驟8、將步驟7得到的同軸電纜型石墨烯復(fù)合水凝膠放入去離子水或氨水中，浸泡后去除反應(yīng)殘余雜質(zhì)；

步驟9、將去除反應(yīng)殘余雜質(zhì)后的石墨烯復(fù)合水凝膠進(jìn)行冷凍干燥或超臨界干燥，得到干燥后的同軸電纜型石墨烯復(fù)合水凝膠。

所述步驟2和步驟5中的添加成分包括金屬、金屬氧化物及多元金屬氧化物、金屬鹵化物、無(wú)機(jī)碳材料、碳酸鹽、硫酸鹽、磷酸鹽中的任意一種或幾種。

在所述步驟3中，所述超聲分散的超聲功率40-1000w，超聲頻率20-80khz；

所述攪拌為磁力攪拌或機(jī)械攪拌，轉(zhuǎn)速為40-4000轉(zhuǎn)/分。

在所述步驟4和6所加入的還原劑為亞硫酸氫鈉、抗壞血酸、抗壞血酸鈉、水合肼、葡萄糖、硼氫化鈉、氫碘酸、乙二胺中的一種或多種。

在所述步驟8中的氨水質(zhì)量濃度為5-28％，浸泡時(shí)間為1-10天。

在所述步驟9中的冷凍干燥條件包括：

冷凍溫度為-5～-65℃，干燥溫度為-45～10℃，真空度10～110pa，干燥時(shí)間為12～96h；

且所述超臨界干燥具體為超臨界二氧化碳干燥。

最終所得到的石墨烯復(fù)合氣凝膠的形狀取決于所采用的反應(yīng)容器形狀，具體為圓柱形、橢圓形、三角形、正方形或長(zhǎng)方形。

由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，利用上述方法制備出的石墨烯復(fù)合氣凝膠可復(fù)合石墨烯與添加的多種組分的優(yōu)點(diǎn)，從而使石墨烯氣凝膠具有多種特性和功能，克服了石墨烯氣凝膠單一特性的缺點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例所提供石墨烯復(fù)合氣凝膠的制備方法流程示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例所得到的同軸電纜型石墨烯復(fù)合水凝膠的示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例所舉出的同軸電纜型石墨烯復(fù)合氣凝膠的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

本發(fā)明實(shí)施例所制備的同軸電纜型石墨烯復(fù)合氣凝膠是由含有某種組分的石墨烯氣凝膠作為“核”，外面包圍幾層含有另外不同添加成分的石墨烯氣凝膠作為“殼”，由此形成同軸電纜型的結(jié)構(gòu)，該復(fù)合氣凝膠兼?zhèn)涫┡c所添加的多種組分的優(yōu)點(diǎn)，使得所制備的石墨烯氣凝膠具有多種特性和功能。下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步地詳細(xì)描述，如圖1所示為本發(fā)明實(shí)施例所提供石墨烯復(fù)合氣凝膠的制備方法流程示意圖，所述制備方法包括：

步驟1、將氧化石墨烯分散于去離子水中形成氧化石墨烯分散液；

在該步驟中，氧化石墨烯按照本領(lǐng)域所知的合適方法進(jìn)行制備，例如hummers法制備。

步驟2、按照實(shí)際需要將某一添加成分分散于去離子水中形成該添加成分的分散液；

在該步驟中，所加入的添加成分可以包括金屬、金屬氧化物及多元金屬氧化物、金屬鹵化物、無(wú)機(jī)碳材料、碳酸鹽、硫酸鹽、磷酸鹽中的任意一種或幾種。

另外，也可以按照需求不添加任何成分。

步驟3、將步驟1和2所得到的分散液混合，經(jīng)超聲分散或攪拌后得到該添加成分與氧化石墨烯的均勻分散液；

在該步驟中，所述超聲分散的超聲功率40-1000w，超聲頻率20-80khz；

所述攪拌為磁力攪拌或機(jī)械攪拌，轉(zhuǎn)速為40-4000轉(zhuǎn)/分。

步驟4、將步驟3得到的均勻分散液放入反應(yīng)容器中，并加入還原劑加熱進(jìn)行化學(xué)還原法還原，得到含有該添加成分的石墨烯復(fù)合水凝膠；

在該步驟中，所加入的還原劑為亞硫酸氫鈉、抗壞血酸、抗壞血酸鈉、水合肼、葡萄糖、硼氫化鈉、氫碘酸、乙二胺中的一種或多種。

步驟5、重復(fù)步驟1和2，得到含有另一添加成分的氧化石墨烯均勻分散液；

步驟6、將步驟4得到的石墨烯復(fù)合水凝膠放入步驟5的氧化石墨烯均勻分散液中，加入還原劑繼續(xù)加熱進(jìn)行化學(xué)還原法還原，從而在步驟4得到的石墨烯復(fù)合水凝膠的外圍包裹上含有另一添加成分的石墨烯復(fù)合水凝膠；

步驟7、重復(fù)步驟5和6，得到同軸電纜型的石墨烯復(fù)合水凝膠；

步驟8、將步驟7得到的同軸電纜型石墨烯復(fù)合水凝膠放入去離子水或氨水中，浸泡后去除反應(yīng)殘余雜質(zhì)；

在所述步驟8中的氨水質(zhì)量濃度為5-28％，浸泡時(shí)間為1-10天。

步驟9、將去除反應(yīng)殘余雜質(zhì)后的石墨烯復(fù)合水凝膠進(jìn)行冷凍干燥或超臨界干燥，得到干燥后的同軸電纜型石墨烯復(fù)合水凝膠。

在該步驟中，冷凍干燥條件包括：

冷凍溫度為-5～-65℃，干燥溫度為-45～10℃，真空度10～110pa，干燥時(shí)間為12～96h；

且所述超臨界干燥具體為超臨界二氧化碳干燥。

具體實(shí)現(xiàn)中，最終所得到的石墨烯復(fù)合氣凝膠的形狀取決于所采用的反應(yīng)容器形狀，如圖2所示為本發(fā)明實(shí)施例所得到的同軸電纜型石墨烯復(fù)合水凝膠的示意圖，圖中的石墨烯復(fù)合氣凝膠為圓柱形，除了該圓柱形之外，也可以是橢圓形、三角形、正方形或長(zhǎng)方形等其他任意形狀。

下面以具體的實(shí)例對(duì)上述制備方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明：

實(shí)施例1、具體步驟如下：

(1)將氧化石墨烯分散于去離子水中形成濃度為2mg/ml氧化石墨烯分散液；

(2)不添加其他組分；

(3)將步驟(1)得到的氧化石墨烯混合分散液加入亞硫酸氫鈉(亞硫酸氫鈉與氧化石墨烯質(zhì)量比為1:30)，放入反應(yīng)容器中于95℃還原8h得到石墨烯水凝膠；

(4)另取氧化石墨烯分散于去離子水中形成濃度為2mg/ml氧化石墨烯分散液；

(5)將碳納米管分散于去離子水中形成濃度為3mg/ml的碳納米管分散液；

(6)將步驟(4)和(5)得到的分散液混合，經(jīng)過(guò)機(jī)械攪拌得到碳納米管/氧化石墨烯均勻分散液；

(7)將步驟(3)得到的石墨烯水凝膠放入步驟(6)的碳納米管/氧化石墨烯均勻分散液中，并加入亞硫酸氫鈉(亞硫酸氫鈉與氧化石墨烯質(zhì)量比為1:30)，放入反應(yīng)容器中于95℃還原8h得到碳納米管/石墨烯復(fù)合水凝膠；

(8)另取氧化石墨烯分散于去離子水中形成濃度為2mg/ml氧化石墨烯分散液；

(9)將納米tio2粉體分散于去離子水中形成濃度為30mg/ml的tio2分散液；

(10)將步驟(8)和(9)的分散液混合，經(jīng)過(guò)磁力攪拌得到tio2/氧化石墨烯均勻分散液；

(11)將步驟(7)得到的碳納米管/石墨烯水凝膠放入步驟(10)的tio2/氧化石墨烯均勻分散液中，并加入亞硫酸氫鈉(亞硫酸氫鈉與氧化石墨烯質(zhì)量比為1:30)，放入反應(yīng)容器中于95℃還原8h得到tio2/碳納米管/石墨烯復(fù)合水凝膠；

(12)將步驟(11)得到的復(fù)合石墨烯水凝膠放入28％氨水中，浸泡3天，去除反應(yīng)殘余雜質(zhì)；

(13)將步驟(12)得到的石墨烯水凝膠進(jìn)行冷凍干燥，最終得到tio2/碳納米管/石墨烯復(fù)合氣凝膠。

上述所得到的同軸電纜型石墨烯復(fù)合水凝膠密度為14mg/cm³，如圖3所示為本發(fā)明實(shí)施例所舉出的同軸電纜型石墨烯復(fù)合氣凝膠的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡示意圖，從圖3可知：該同軸電纜型石墨烯復(fù)合水凝膠具有高彈性、高比表面積、優(yōu)異的光催化性能功能。

實(shí)施例2、具體步驟包括：

(1)將氧化石墨烯分散于去離子水中形成濃度為3mg/ml氧化石墨烯分散液；

(2)將碳納米管分散于去離子水中形成濃度為3mg/ml的碳納米管分散液；；

(3)將步驟(1)和(2)得到的分散液混合，經(jīng)過(guò)機(jī)械攪拌得到碳納米管/氧化石墨烯均勻分散液；

(4)將步驟(3)得到的碳納米管/氧化石墨烯混合分散液加入維生素c(維生素c與氧化石墨烯質(zhì)量比為1:30)，放入反應(yīng)容器中于95℃還原8h得到碳納米管/石墨烯水凝膠；

(5)另取氧化石墨烯分散于去離子水中形成濃度為3mg/ml氧化石墨烯分散液；

(6)將mos2納米片分散于去離子水中形成濃度為3mg/ml的mos2分散液；

(7)將步驟(5)和(6)得到的分散液混合，經(jīng)過(guò)機(jī)械攪拌得到mos2/氧化石墨烯均勻分散液；

(8)將步驟(4)得到的碳納米管/石墨烯水凝膠放入步驟(7)的mos2/氧化石墨烯均勻分散液中，并加入亞硫酸氫鈉(亞硫酸氫鈉與氧化石墨烯質(zhì)量比為1:30)，放入反應(yīng)容器中于95℃還原8h得到mos2/碳納米管/石墨烯復(fù)合水凝膠；

(9)另取氧化石墨烯分散于去離子水中形成濃度為2mg/ml氧化石墨烯分散液；

(10)將納米sio2粉體分散于去離子水中形成濃度為20mg/ml的sio2分散液；

(11)將步驟(9)和(10)的分散液混合，經(jīng)過(guò)磁力攪拌得到sio2/氧化石墨烯均勻分散液；

(12)將步驟(8)得到的mos2/碳納米管/石墨烯水凝膠放入步驟(11)的sio2/氧化石墨烯均勻分散液中，并加入亞硫酸氫鈉(亞硫酸氫鈉與氧化石墨烯質(zhì)量比為1:30)，放入反應(yīng)容器中于95℃還原8h得到sio2/mos2/碳納米管/石墨烯復(fù)合水凝膠；

(13)將步驟(12)得到的復(fù)合石墨烯水凝膠放入28％氨水中，浸泡3天，去除反應(yīng)殘余雜質(zhì)；

(14)將步驟(13)得到的石墨烯水凝膠進(jìn)行冷凍干燥，得到sio2/mos2/碳納米管/石墨烯復(fù)合氣凝膠。

上述所得到的同軸電纜型石墨烯復(fù)合水凝膠具有高彈性、高比表面積、優(yōu)異的電化學(xué)性能。

實(shí)施例3、具體步驟包括：

(1)將氧化石墨烯分散于去離子水中形成濃度為2mg/ml氧化石墨烯分散液；

(2)將zno納米棒分散于去離子水中形成濃度為5mg/ml的zno分散液；

(3)將步驟(1)和(2)得到的分散液混合，經(jīng)過(guò)機(jī)械攪拌得到zno/氧化石墨烯均勻分散液；

(4)將步驟(3)得到的zno/氧化石墨烯混合分散液加入維生素c(維生素c與氧化石墨烯質(zhì)量比為1:30)，放入反應(yīng)容器中于95℃還原8h得到zno/石墨烯水凝膠；

(5)另取氧化石墨烯分散于去離子水中形成濃度為2mg/ml氧化石墨烯分散液；

(6)將ag3po4納米顆粒分散于去離子水中形成濃度為10mg/ml的ag3po4分散液；

(7)將步驟(5)和(6)得到的分散液混合，經(jīng)過(guò)機(jī)械攪拌得到ag3po4/氧化石墨烯均勻分散液；

(8)將步驟(4)得到的zno/石墨烯水凝膠放入步驟(7)的ag3po4/氧化石墨烯均勻分散液中，并加入亞硫酸氫鈉(亞硫酸氫鈉與氧化石墨烯質(zhì)量比為1:30)，放入反應(yīng)容器中于95℃還原8h得到ag3po4/zno/石墨烯復(fù)合水凝膠；

(9)另取氧化石墨烯分散于去離子水中形成濃度為2mg/ml氧化石墨烯分散液；

(10)將納米ag顆粒分散于去離子水中形成濃度為5mg/ml的ag分散液；

(11)將步驟(9)和(10)的分散液混合，經(jīng)過(guò)磁力攪拌得到ag/氧化石墨烯均勻分散液；

(12)將步驟(8)得到的ag3po4/zno/石墨烯水凝膠放入步驟(11)的ag/氧化石墨烯均勻分散液中，并加入亞硫酸氫鈉(亞硫酸氫鈉與氧化石墨烯質(zhì)量比為1:30)，放入反應(yīng)容器中于95℃還原8h得到ag/ag3po4/zno/石墨烯復(fù)合水凝膠；

(13)將步驟(12)得到的復(fù)合石墨烯水凝膠放入28％氨水中，浸泡5天，去除反應(yīng)殘余雜質(zhì)；

(14)將步驟(13)得到的石墨烯水凝膠進(jìn)行冷凍干燥，得到ag/ag3po4/zno/石墨烯復(fù)合氣凝膠。

上述所得到的同軸電纜型石墨烯復(fù)合水凝膠具有高彈性、高比表面積、優(yōu)異的抗菌與光催化降解性能。

綜上所述，利用該方法制備出的石墨烯復(fù)合氣凝膠可復(fù)合石墨烯與添加的多種組分的優(yōu)點(diǎn)，從而使石墨烯氣凝膠具有多種特性和功能，克服了石墨烯氣凝膠單一特性的缺點(diǎn)；呈現(xiàn)出具有高導(dǎo)電性、金屬離子吸附、有機(jī)污染物吸附、光催化降解和超級(jí)電容器等多種方面的應(yīng)用前景。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書(shū)的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。