[发明专利]一种利用高速搅拌技术制备多孔石墨烯微珠的方法

说明书

技术领域

本发明涉及多孔石墨烯微珠的制备方法。

背景技术

碳材料比表面积高、导电能力好、化学性质稳定、容易成型，同时价格低廉、原料来源广泛、生产工艺成熟，是超级电容器领域应用最广泛的电极材料。石墨烯作为一种新型的纳米二维材料，表现出很多优异的物理特性，如比表面积大，导电性良好，热稳定性和物理强度高等，自从发现就成为人们研究的最热门领域之一，而新型碳材料石墨烯的发现对超级电容器电极材料的性能提升起到很大的作用。M.D.Stouer等以石墨稀作为电极的超级电容器，并分别测试了其在水系和有机电解液中的比电容，分别可以达到135F/g和99F/g；Chen等用乙二胺和间二苯酚修饰氧化石墨烯，大大地提高了氧化石墨烯的比电容值；Wang等人采用原位聚合、还原/掺杂和脱掺杂三个过程制备了聚苯胺/石墨烯复合超级电容器电极材料，比电容值高达1126F/g。因此，石墨烯作为碳材料应用在超级电容器电极材料领域有很大的发展前景。本发明提供了一种多孔石墨烯的球形结构，以前的多孔石墨烯几乎没有球形结构。

发明内容

本发明要解决现有技术无法制备球形结构的多孔石墨烯的问题，而提供一种利用高速搅拌技术制备多孔石墨烯微珠的方法。

一种利用高速搅拌技术制备多孔石墨烯微珠的方法，具体是按照以下步骤进行的：

一、将聚乙烯吡咯烷酮粉末、氧化石墨烯干粉和二氧化硅微球干粉进行混合，得到混合粉，然后将混合粉与去离子水混合，得到复合悬浮液；

所述的聚乙烯吡咯烷酮粉末与氧化石墨烯干粉的质量比为1:(0.2～0.3)；所述的聚乙烯吡咯烷酮粉末与二氧化硅微球干粉的质量比为1:(0.5～1)；所述的混合粉与去离子水的质量比为1:(25～30)；

二、将复合悬浮液加入到盛有二甲基硅油的聚丙烯微波炉盒中，在温度为80℃～90℃及搅拌速度为400rpm～600rpm的条件下，磁力搅拌2h～3h，然后固化成型，最后在室温下静置沉析12h～24h，得到聚乙烯吡咯烷酮/氧化石墨烯/二氧化硅复合微珠；

三、将聚乙烯吡咯烷酮/氧化石墨烯/二氧化硅复合微珠采用分步升温加热法进行固化；所述的分步升温加热法具体按以下步骤进行：将聚乙烯吡咯烷酮/氧化石墨烯/二氧化硅复合微珠在温度为80℃～100℃下加热2h～3h，再在温度为150℃下加热10h～12h，最后在温度为280℃下加热1.5h～2h，得到固化完全的复合微珠；

四、氮气条件下，将固化完全的复合微珠在温度为750℃～850℃的条件下，煅烧1.5h～2h，得到石墨烯/二氧化硅复合微珠；

五、①、将石墨烯/二氧化硅复合微珠浸渍于质量百分数为8％的氢氟酸溶液，浸渍2h～3h；②、重新更换质量百分数为8％的氢氟酸溶液，重复步骤五①4次～5次；③、烘干，即得到多孔石墨烯微珠。

本发明的有益效果是：1.本发明得到具有多孔结构的石墨烯微珠，而且内外部的石墨烯层形貌都具有明显的褶皱感。

2.采用直接加热的方式对混合液小液滴进行固化，固化速率得到了极大的提升。

3.聚乙烯吡咯烷酮是一种水溶性的聚合物，随着水从液滴内部逐渐扩散蒸发，水溶性的聚乙烯吡咯烷酮也随之向液滴外层扩散，在整个固化过程中聚乙烯吡咯烷酮起到稳固形貌的作用。

4.聚乙烯吡咯烷酮中富含的吡咯氮和羰基可以产生赝电容，它对多孔石墨烯微珠的电容性能有很大的影响。

5.本发明将二维的石墨烯转变成多孔的三维堆积结构的石墨烯微珠，并且石墨烯具有高比表面积和高传导性，在超级电容器电极材料领域具有广阔的应用前景。

本发明用于一种利用高速搅拌技术制备多孔石墨烯微珠的方法。

附图说明

图1是实施例1中制备的多孔石墨烯微珠的扫描电镜图片，放大倍数为100；

图2是实施例1中制备的多孔石墨烯微珠的扫描电镜图片，放大倍数为10000；

图3是实施例1中制备的多孔石墨烯微珠和氧化石墨烯的X射线衍射图，1为氧化石墨烯，2为多孔石墨烯微珠；

图4是循环伏安曲线，1表示扫速为5mV/s时实施例1中制备的多孔石墨烯微珠的循环伏安曲线；2表示扫速为10mV/s时实施例1中制备的多孔石墨烯微珠的循环伏安曲线；3表示扫速为20mV/s时实施例1中制备的多孔石墨烯微珠的循环伏安曲线；4表示扫速为50mV/s时实施例1中制备的多孔石墨烯微珠的循环伏安曲线；5表示扫速为100mV/s时实施例1中制备的多孔石墨烯微珠的循环伏安曲线。

具体实施方式