一种采用乙基纤维素为原料制备三维石墨烯的方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及石墨稀技术领域，特别涉及一种制备三维石墨稀的方法。
【背景技术】
[0002]石墨烯是碳原子以sp2杂化形成的片结构，因其具有大的比表面积，良好的导电性能，好的物理化学稳定性，高的光透过率及高的机械强度，自从被发现就引起了人们的关注。
[0003]但石墨烯片之间具有较强的范德华力，使片间容易叠合，其比表面积下降，从而导致其性能发挥受到限制。三维石墨烯是石墨烯自组装所致，不仅具有石墨烯大的比表面积，同时具有与石墨烯相媲美的电导率，使其在储能技术及催化领域具有较大的应用前景。
[0004]目前所报道的制备三维石墨稀的方法主要模板-CVD法[ZongpingChen,ffencaiRen ,Libo Gao，Bilu Liu ,Songfeng Pei and Hui—Ming Cheng，Three-dimens1nalflexible and conductive interconnected graphene networks grown by chemicalvapour deposit1n!! J], Nature Materials,10,424-428 (2011)]、氧化石墨稀自组装法[Yuxi Xu,Zhaoyang Lin,Flexible Solid-State Supercapacitors Based on ThreeDimens1nal Graphene Hydrogel Films[J].ACS NANO,5，4042_4049(2013]、生物碳合成法[Xiang-Fen Jiang,Xue-Bin Wang ,High-throughput fabricat1n of struttedgraphene by ammonium-assisted chemical blowing for high-performancesupercapacitors[J] ,Nano energy ,2015，16:81-90]其中模板-CVD法需牺牲模板，采用甲烷等不可再生资源为生产原料，导致生产成本高，产率低。氧化石墨烯自组装法需制备氧化石墨烯为前驱物，工艺复杂，生产成本高，不利于大规模生产。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种采用乙基纤维素为原料制备三维石墨烯的方法，该设备要求低、工艺简单、能耗低且容易控制。
[0006]为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0007]—种采用乙基纤维素为原料制备三维石墨烯的方法，包括以下步骤:
[0008]1)将分析纯乙基纤维素和NaOH以1:1?3的摩尔比溶于乙醇中制得溶胶；
[0009]2)将所制备的溶胶在室温下陈化，得到凝胶；
[0010]3)将所得凝胶干燥得到干凝胶；
[0011]4)将干凝胶以氩气为保护气，在管式炉中700?1000°C保温进行碳化处理；
[0012]5)将碳化后的产物用去离子水洗涤直到溶液PH = 6.8?7.2，将溶液抽滤，得到产物，将产物干燥后得到三维石墨烯。
[0013]进一步的，步骤2)中陈化时间为12h。
[0014]进一步的，步骤3)中将所得凝胶在60°C干燥6h，得到干凝胶；
[0015]进一步的，步骤4)中碳化处理的时间为3h。[ΟΟ??]进一步的，步骤4)中具体将产物在60°C干燥5h得到三维石墨稀。
[0017]进一步的，本发明一种采用乙基纤维素为原料制备三维石墨烯的方法，包括以下步骤:
[0018]1)将分析纯乙基纤维素和NaOH以1:2的摩尔比溶于乙醇中制得溶胶；
[0019]2)将所制备的溶胶在室温下陈化12h，得到凝胶；
[0020]3)将所得凝胶在60°C干燥6h，得到干凝胶；
[0021]4)将干凝胶以氩气为保护气，900°C保温3h进行碳化处理；
[0022]5)将碳化后的产物用去离子水洗涤直到溶液PH = 7.0，将溶液抽滤，得到产物，在60°C干燥5h，得到三维石墨烯。
[0023]进一步的，步骤1)中乙醇:乙基纤维素和NaOH的混合物的质量比为15?30: 1。
[0024]相对于现有技术，本发明具有以下有益效果:
[0025]本发明以乙基纤维素为原料，采用溶胶凝胶法制备三维石墨烯，该反应的原料易得且成本低，工艺设备简单，能耗低，且该反应在常压下进行，以乙醇作为反应溶剂，安全性好，可行性强，所以非常经济、实用，具有很好的工业化前景。制备出的三维石墨烯具有较好的电荷存储性能，同时极大的降低了生产成本，具有较大的工业化前景。
【附图说明】
[0026]图1是本发明所制备三维石墨烯的拉曼光谱图；
[0027]图2是所制备三维石墨烯的SEM图。
【具体实施方式】
[0028]实施例1
[0029]一种采用乙基纤维素为原料制备三维石墨烯的方法，包括以下步骤:
[0030]1)将分析纯乙基纤维素和NaOH以1:1的摩尔比溶于适量乙醇(乙醇:乙基纤维素和NaOH的混合物的质量比为20:1)中制得溶胶；
[0031]2)将所制备的溶胶在室温下陈化12h，得到凝胶；
[0032]3)将所得凝胶在60°C干燥6h，得到干凝胶；
[0033]4)将干凝胶以氩气为保护气，900°C保温3h进行碳化处理；
[0034]5)将碳化后的产物用去离子水洗涤直到溶液PH = 6.8，将溶液抽滤，得到产物，在60°C干燥5h，得到三维石墨烯。
[0035]实施例2
[0036]一种采用乙基纤维素为原料制备三维石墨烯的方法，包括以下步骤:
[0037]1)将分析纯乙基纤维素和NaOH以1:3的摩尔比溶于适量乙醇(乙醇:乙基纤维素和NaOH的混合物的质量比为15:1)中制得溶胶；
[0038]2)将所制备的溶胶在室温下陈化12h，得到凝胶；
[0039]3)将所得凝胶在60°C干燥6h，得到干凝胶；
[0040]4)将干凝胶以氩气为保护气，700°C保温3h进行碳化处理；
[0041 ] 5)将碳化后的产物用去离子水洗涤直到溶液PH = 7.0，将溶液抽滤，得到产物，在60°C干燥5h，得到三维石墨烯。
[0042]实施例3
[0043]一种采用乙基纤维素为原料制备三维石墨烯的方法，包括以下步骤:
[0044]1)将分析纯乙基纤维素和NaOH以1:2的摩尔比溶于适量(乙醇:乙基纤维素和NaOH的混合物的质量比为20:1)中制得溶胶；
[0045]2)将所制备的溶胶在室温下陈化12h，得到凝胶；
[0046]3)将所得凝胶在60°C干燥6h，得到干凝胶；
[0047]4)将干凝胶以氩气为保护气，900°C保温3h进行碳化处理；
[0048]5)将碳化后的产物用去离子水洗涤直到溶液PH = 7.0，将溶液抽滤，得到产物，在60°C干燥5h，得到三维石墨烯。
[0049]实施例4
[0050]一种采用乙基纤维素为原料制备三维石墨烯的方法，包括以下步骤:
[0051 ] 1)将分析纯乙基纤维素和NaOH以1:3的摩尔比溶于适量乙醇(乙醇:乙基纤维素和NaOH的混合物的质量比为30:1)中制得溶胶；
[0052]2)将所制备的溶胶在室温下陈化12h，得到凝胶；
[0053]3)将所得凝胶在60°C干燥6h，得到干凝胶；
[0054]4)将干凝胶以氩气为保护气，800°C保温3h进行碳化处理；
[0055]5)将碳化后的产物用去离子水洗涤直到溶液PH = 7.2，将溶液抽滤，得到产物，在60°C干燥5h，得到三维石墨烯。
[0056]图1是本发明实施例3所制备三维石墨烯的拉曼光谱图，图2为所制备三维石墨烯的SEM图，从图中可以看出为产物为具有三维结构的石墨烯。
【主权项】
1.一种采用乙基纤维素为原料制备三维石墨烯的方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)将分析纯乙基纤维素和NaOH以1:1?3的摩尔比溶于乙醇中制得溶胶； 2)将所制备的溶胶在室温下陈化，得到凝胶； 3)将所得凝胶干燥得到干凝胶； 4)将干凝胶以氩气为保护气，在管式炉中700?1000°C保温进行碳化处理； 5)将碳化后的产物用去离子水洗涤直到溶液PH=6.8?7.2，将溶液抽滤，得到产物，将产物干燥后得到三维石墨烯。2.根据权利要求1所述的一种采用乙基纤维素为原料制备三维石墨烯的方法，其特征在于，步骤2)中陈化时间为12h。3.根据权利要求1所述的一种采用乙基纤维素为原料制备三维石墨烯的方法，其特征在于，步骤3)中将所得凝胶在60°C干燥6h，得到干凝胶。4.根据权利要求1所述的一种采用乙基纤维素为原料制备三维石墨烯的方法，其特征在于，步骤4)中碳化处理的时间为3h。5.根据权利要求1所述的一种采用乙基纤维素为原料制备三维石墨烯的方法，其特征在于，步骤4)中具体将产物在60°C干燥5h得到三维石墨烯。6.根据权利要求1所述的一种采用乙基纤维素为原料制备三维石墨烯的方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)将分析纯乙基纤维素和NaOH以1:2的摩尔比溶于乙醇中制得溶胶； 2)将所制备的溶胶在室温下陈化12h，得到凝胶； 3)将所得凝胶在60°C干燥6h，得到干凝胶； 4)将干凝胶以氩气为保护气，900°C保温3h进行碳化处理； 5)将碳化后的产物用去离子水洗涤直到溶液PH= 7.0，将溶液抽滤，得到产物，在60°C干燥5h，得到三维石墨稀。7.根据权利要求1所述的一种采用乙基纤维素为原料制备三维石墨烯的方法，其特征在于，步骤1)中乙醇:乙基纤维素和NaOH的混合物的质量比为15?30: 1。
【专利摘要】本发明公开一种采用乙基纤维素为原料制备三维石墨烯的方法：将分析纯乙基纤维素和NaOH以1：1～3的摩尔比溶于乙醇中形成溶胶，将所得溶胶陈化12h得到凝胶，将凝胶在80℃干燥6h得到干凝胶；将所得干凝胶在氩气气氛下在700～1000℃碳化，将碳化产物用去离子水洗涤直到溶液PH＝6.8～7.2，将溶液抽滤，得到产物，在60℃干燥5h，得到产物三维石墨烯。本发明以乙基纤维素为原料，采用溶胶凝胶法制备三维石墨烯，该反应的原料易得且成本低，工艺设备简单，能耗低。
【IPC分类】C01B31/04
【公开号】CN105480969
【申请号】CN201511024460
【发明人】殷立雄, 张 浩, 刘长青, 黄剑锋, 张东东, 柴思敏, 李嘉胤, 孔新刚
【申请人】陕西科技大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月30日