[发明专利]一种有序介孔碳修饰的石墨烯材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种有序介孔碳修饰的石墨烯材料的制备方法，包括以下步骤：A)将油酸铁水溶液与氧化石墨烯溶液混合，冻干，得到混合冻干粉；B)将所述混合冻干粉进行高温煅烧，得到退火粉末；C)将所述退火粉末酸洗后清洗、干燥，得到有序介孔碳修饰的石墨烯材料。本申请制备的石墨烯材料在石墨烯面内均匀修饰有序介孔碳结构，且介孔孔径形貌一定范围可控，面内介孔结构有助于减弱石墨烯片层间堆叠，改善石墨烯面外电子及离子输运；相比于传统纳米晶硬模板制备有序介孔碳，本发明省去制备纳米晶及诱导组装过程使用的大量有机溶剂、仅使用水溶液，且制备过程操作简单，步骤较少，利于规模宏量制备。

技术领域

本发明涉及石墨烯材料制备技术领域，尤其涉及一种有序介孔碳修饰的石墨烯材料的制备方法。

背景技术

石墨烯的高比表面积、超高载流子迁移率、优异的导热和力学性能使得石墨烯在电化学储能、催化与传感上有巨大的应用前景。sp²杂化碳原子共同形成石墨烯的离域π键，得到优异的面内电子和声子传输，但面外方向的热导和电学性能差强人意。此外，石墨烯的堆叠团聚造成了有效比表面积的迅速下降，使其在电化学储能应用上的性能大打折扣。

为了解决上述问题，常见的应对策略包括在石墨烯面内共价修饰或物理插层，构建三维碳骨架结构，在石墨烯表面引入面内孔隙等，但这些方法往往带来插层物种或材料的分布不均及较低的密度的问题，如公开号为CN106315563A的中国专利公开了一种有序结构的石墨烯材料及其制备方法，其报道了氧化石墨烯与电解质水溶液混合，冻干并煅烧得到微观结构规整的多孔石墨烯材料，但片层组装有序度仍待改善。另一种策略是原位生长三维碳结构构建载流子输运网络，包括采用软模板法和硬模板法，利用碳源裂解制备多孔碳材料；如公开号为CN104860306A的中国专利公开了一种高度有序介孔石墨烯材料的制备方法，通过油酸铁裂解制备纳米四氧化三铁模板，随后挥发诱导纳米晶组装，高温碳化并洗去纳米模板，再经石墨化得到三维有序介孔碳，但单一介孔结构难以实现高效离子的存储与输运，限制了其在电化学储能方面的应用，其步骤繁多不利于工业生产。

综上所述，简易高效地在石墨烯层间引入有序结构的方法仍待发展。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种有序介孔碳修饰的石墨烯材料的制备方法，本申请提供的制备方法可制备面内修饰有序排列介孔的石墨烯材料。

有鉴于此，本申请提供了一种有序介孔碳修饰的石墨烯材料的制备方法，包括以下步骤：

A)将油酸铁水溶液与氧化石墨烯溶液混合，冻干，得到混合冻干粉；

B)将所述混合冻干粉进行高温煅烧，得到退火粉末；

C)将所述退火粉末酸洗后清洗、干燥，得到有序介孔碳修饰的石墨烯材料。

优选的，所述油酸铁水溶液的浓度为0.1～50mg/mL，所述氧化石墨烯溶液的浓度为0.5～20mg/mL。

优选的，所述油酸铁水溶液由三价铁盐和油酸钠制备得到，所述三价铁盐选自氯化铁、硝酸铁和硫酸铁中的一种或多种。

优选的，所述油酸铁水溶液与所述氧化石墨烯溶液的体积比为1:0.2～2:1。

优选的，所述冻干的温度为-100～-10℃，时间为12～60h。

优选的，所述高温煅烧的温度为300～600℃；所述高温煅烧的煅烧气氛选自氩气或氢气；所述煅烧的升温速率为2～10℃，时间为1～3h。

优选的，所述酸洗的试剂选自盐酸、硝酸和硫酸中的一种或多种，所述酸洗的试剂的浓度为10～50wt％；所述酸洗的温度为20～100℃，所述酸洗的时间为1～48h。

优选的，所述混合采用超声处理的方式进行，所述超声处理的功率为500～1000W，时间为5～30min。