[发明专利]一种石墨烯@石墨芯鞘结构纤维的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石墨烯@石墨芯鞘结构纤维的制备方法，属于石墨烯材料制备技术领域。 

背景技术

石墨烯是由单层碳原子排列成的二维蜂窝状结构的碳材料，具有特殊的力学、电学、光学和热学特性，如高电子迁移率，高比表面积，高热导率和出色的力学性能，被认为在电极材料、储能器件和催化剂载体等方面有广泛的应用前景。 

在石墨烯应用研究中，石墨烯纤维由于其独特性能成为石墨烯宏观结构组装的研究方向之一。目前，高超等[CN 102534868 A]以天然石墨为原料，制成氧化石墨烯溶液，通过纺丝的办法制备出氧化石墨烯纤维，再经化学还原得到石墨烯纤维。曲良体等[CN 102583334 A]通过将氧化石墨烯溶液注入管线反应器，再加热还原，最后干燥生成石墨烯纤维。 

以上方法均是将石墨氧化，制备成氧化石墨烯溶液，再经处理制成石墨烯纤维。但是，天然石墨经过强酸氧化成氧化石墨烯后，SP²杂化的碳原子晶格被破坏，产生大量缺陷，即使在被还原成石墨烯后，也难以复原，导致石墨烯的导电性下降（Y.Huang,J.Liang and Y.Chen,Small,2012,8,1805-1834.）。因此，如何既能实现石墨烯的结构特性，又能保持石墨原有的高导电性，成为石墨烯宏观结构组装的难点。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨烯@石墨芯鞘结构纤维的制备方法，以改进已知技术中存在的缺陷。 

为实现上述目的，本发明提供的制备方法，包括以下步骤： 

1）将原料碳纤维置于强酸和强氧化剂的混合液中，在50℃-100℃下 搅拌0-24小时，冷却到室温后，取出碳纤维，清洗至中性，室温下干燥； 

2）将步骤1所得的产物置入0℃的浓硫酸和高锰酸钾的混合液中，加热至35-50℃搅拌氧化，取出产物并置于水或水蒸气氛围中4-12小时，洗涤至中性后烘干，得到氧化石墨@石墨芯鞘结构纤维； 

3）将步骤2中所得的氧化石墨@石墨芯鞘结构纤维快速热剥离，氧化石墨被剥离并还原，得到石墨烯@石墨芯鞘结构纤维。 

所述的制备方法中，步骤1中原料碳纤维为石墨化碳纤维。 

所述的制备方法中，步骤1中所述的强酸为浓硫酸、浓硝酸和高氯酸中的一种或几种。 

所述的制备方法中，步骤1中所述的强氧化剂为高锰酸钾、过硫酸钾、氯酸钠和重铬酸钾中的一种或几种。 

所述的制备方法中，步骤1中所述的强酸和强氧化剂混合液，相对于每克碳纤维，所用强酸体积为10～50mL，所用强氧化剂的质量为2～10g。 

所述的制备方法中，步骤2中所述的浓硫酸和高锰酸钾混合液，相对于每克碳纤维，所用浓硫酸体积为40～80mL，所用高锰酸钾的质量为5～10g。 

所述的制备方法中，步骤2中水或水蒸气的温度为40-55℃。 

所述的制备方法中，快速热剥离时有氮气或氩气保护，剥离温度为200-800℃。 

本发明针对现有技术的不足，提供的制备石墨烯@石墨芯鞘结构纤维的方法，采用石墨化碳纤维为原料，通过控制氧化程度来制备石墨烯@石墨芯鞘结构纤维，制备出的纤维内核为石墨，外层为石墨烯，同时实现了高导电性和大比表面积。 

本发明具有以下有益效果： 

1、以石墨化碳纤维为原料制备石墨烯@石墨芯鞘结构纤维，原料易得。 

2、制备过程步骤简单，无需制备氧化石墨烯溶胶。 

3、制得的石墨烯@石墨芯鞘结构纤维，石墨内核导电性好，外层石墨烯比表面积大，同时实现了高导电性和大比表面积，可作为电化学电极。 

4、制得的石墨烯@石墨芯鞘结构纤维具有较大的比电容，能够承受 较高的充放电速率，是一种性能优异的电容材料。 

附图说明

图1是碳纤维断面的扫描电子显微镜图片； 

图2是本发明制备出的石墨烯@石墨芯鞘结构纤维断面的扫描电子显微镜图片； 

图3是本发明的石墨烯@石墨芯鞘结构纤维外层石墨烯的透射电子显微镜图片； 

图4是本发明的石墨烯@石墨芯鞘结构纤维电极电容性能循环伏安测试图片。 

具体实施方式

本发明的制备方法，包括以下步骤： 

1）将石墨化碳纤维置于强酸和强氧化剂的混合液中，在50℃-100℃下搅拌0-24h，冷却到室温后，用去离子水稀释，取出石墨化碳纤维，置于去离子水中清洗至中性，室温下干燥24-72h，此步骤为预氧化。