[发明专利]一种石墨烯纸的制备方法

说明书

(一)技术领域

本发属于石墨烯纸制备技术领域，涉及一种新型石墨烯纸的制备方法。

(二)背景技术

石墨烯是由单层大量sp2杂化碳原子紧密排列形成的、具有二维蜂窝状晶体结构的碳素材料。其独特的结构使其具有高理论比表面积超快电子迁移率、高杨氏模量、高强度和高热导率等优良的物理性质。基于以上石墨烯材料的优良性质，石墨烯材料在储能、催化、传感器以及功能性复合材料等领域有较广阔的应用前景，尤其是在未来纳米电子器件、复合材料、太阳能电池、超级电容器方面有很大的应用前景。相对与传统物理方法制备石墨烯材料来说，化学法制备石墨烯具有产率较高，制备方法较为简便，以及成本较低的优点，因此成为石墨烯制备的一种常用的方法。

目前制备石墨烯纸主要有以下三种方法：真空抽滤、液相电泳沉积和气液面自组装。He等人(He G.Y.,Chen H.Q.,Zhu J.W.,Bei F.L.,Sun X.Q.,Wang X.,J.Mater.Chem.,2011,21(38),14631—14638)首先以水合肼溶液为还原剂，通过液相还原氧化石墨烯分散液的化学转化方法得到不同还原程度石墨稀分散液，随后采用真空抽滤法制备了导电性各异的石墨稀纸电极材料。Niu等人(NiuZ.Q.,ChenJ.,HngH.H.,MaJ.,ChenX.D.,Adv.Mater.,2012,24(30),4144—4150)首先将超声处理得到的氧化石墨烯分散液通过真空抽滤制得纸质材料，再用水合肼蒸气还原制备出石墨稀纸。虽然真空抽滤来制备石墨烯纸的研究较多，但这一方法存在抽滤过程能耗高、耗时长以及纸质材料与滤膜分离困难等问题。2009年杨全红课题组(Chen C.m.,Yang Q.H.,Yang Y.G.,Lv W.,Wen Y.F.,Du H.D.,Zhu Z.P.,Yang Q.H.,Kang F.Y.,J.Mater.Chem.,2011,2I(10),3359-3364)提出了一种制备氧化石墨烯纸质材料的简便方法，即通过在氧化石墨稀分散液气液界面上自组装得到大面积的氧化石墨烯纸质，并在前期工作的基础上制备氧化石墨烯和石墨烯复合纸质材料以及氧化石墨烯和碳管纸质材料。这些工作为大面积石墨稀纸材料的研究奠定了理论基础。但这些石墨烯薄膜的制备流程通常较为繁琐，成本较高，且制备出的薄膜质量较差阻碍了其大范围的应用。

因此本领域的技术人员致力于制备一种大面积自支撑，且电学性能优良的石墨烯纸材料。

(三)发明内容

本发明的目的是克服上述技术问题，实现简便、高质量、可重复的自支撑石墨烯纸的制备。

为了实现上述目的，本发明提供了一种新型石墨烯纸的制备方法，即先采用溶剂挥发诱导自组装的方法制备氧化石墨烯薄膜，然后通过电化学还原的方法将氧化石墨烯薄膜还原成还原氧化石墨烯薄膜，最后将还原氧化石墨烯薄膜从基底上剥离，制得石墨烯纸。

本发明采用如下技术方案：

一种石墨烯纸的制备方法，所述的制备方法按如下步骤进行：

(a)氧化石墨烯薄膜的制备：将氧化石墨加入溶剂异丙醇中，超声剥离2～3h，得到氧化石墨烯异丙醇分散液，将所得氧化石墨烯异丙醇分散液加入底部铺有基底的容器中，并将该容器置于30～40℃恒温恒湿箱中8～12h，直到氧化石墨烯异丙醇分散液中的溶剂异丙醇完全挥发，即在容器中的基底表面形成一层氧化石墨烯薄膜；所述氧化石墨烯异丙醇分散液中氧化石墨烯的浓度为0.05～0.15g/L；所述的基底为铜片、ITO玻璃或Pt片；

(b)氧化石墨烯薄膜的还原：取步骤(a)得到的表面覆盖有氧化石墨烯薄膜的基底，将基底一端端面上氧化石墨烯薄膜擦除预留出一段基底表面，然后取铂片，在铂片上滴加凝胶电解质，将表面覆盖有氧化石墨烯薄膜的基底贴合于铂片上，在铂片与基底之间形成一层凝胶电解质，并且基底上覆盖有氧化石墨烯薄膜的一面朝向铂片与凝胶电解质粘连；以表面覆盖有氧化石墨烯薄膜的基底为工作电极，铂片为对电极，将基底预留出一段基底表面的一端和铂片分别接入电化学工作站，在-10～0V电位范围内，以0.05v/s的扫描速度扫描循环伏安，并得到相应的循环伏安图谱，当循环伏安图谱中-5V～-6V之间的还原峰消失时，说明氧化石墨烯薄膜还原完全，将基底从铂片上移开，得到表面覆盖有还原氧化石墨烯薄膜的基底，而在还原氧化石墨烯薄膜上残留有凝胶电解质；所述的凝胶电解质为：以碳酸丙烯酯溶胀的聚甲基丙烯酸甲酯为基体，以高氯酸锂为支持电解质所构成的凝胶电解质；