[发明专利]一种高比表面积的石墨烯泡沫支架

说明书

本发明属于石墨烯材料技术领域，提供一种石墨烯泡沫支架的制备方法，以碳酸钠或碳酸氢钠作为填充材料，将所述填充材料与粘结剂分散液混合后加入还原氧化石墨烯搅拌分散均匀后涂布成膜并烘干后，浸泡至酸液中除去所述填充材料，获得石墨烯泡沫支架。本发明提供的制备方法，通过使用碳酸盐、碳酸氢钠盐作为填充主材，方便酸溶液清洗获得高孔隙率，相对3D石墨烯膜具有更大的比表面积，暴露出更多的可负载位点；对比于传统的石墨烯气凝胶的制备方式，具有制备工艺简单、适合大规模工业量产且制造成本低等众多优点。

技术领域

本发明涉及石墨烯材料领域，特别是涉及一种高比表面积的石墨烯泡沫支架。

背景技术

石墨烯是一种优异光学、热学、电学、力学等性能的新型材料，受到科学工作者的广泛关注。目前在热管理领域已经开始商业化应用，如华为、小米、苹果等知名品牌的电子产品上的石墨烯导热膜、石墨烯均温板等，在电学领域如高性能的石墨烯导电剂、石墨烯超级电容的研发也取得了喜人的成果。许多应用领域的研究中不仅看中了石墨烯的电学、热学等性能，石墨烯的高比表面积也是一个备受关注的因素。石墨烯具有超高的比表面积，高比表面积可提高大量的负载位点，在高负载应用材料领域，如光电催化、超级电容器、材料改性等领域具有巨大的运用潜力。然而，在许多时候石墨烯的高比表面积很难被充分使用，这主要归因于石墨烯的层层堆叠，自聚包覆等导致暴露的可负载位点减少，如氧化石墨烯的自聚成膜，极大的减少了石墨烯可暴露负载的面积，且石墨烯SP²杂化的六元环结构，其有效孔隙都无法让最小离子半径的Li⁺通过，更别说小分子材料。

在许多运用中，需要反应物质输运到石墨烯表面的活性位点处进行反应。而通常小分子或离子在层层堆叠的石墨烯中输运穿梭时，只能沿着石墨烯的层间间隙和局部孔洞进行，这极大的增加锂小分子或离子的输运路程，表现出极大的空间位阻现象，如石墨烯导电剂在锂离子电池电极中的应用，石墨烯导电浆料添加比例、制程工艺出现误差时，很容易造成石墨烯在极片表面膜状沉积，极大的阻碍了锂离子的输运，表现出大的空间位阻效应。石墨烯也可通过一定手段获得高比表面积和少空间位阻的3D石墨烯，如石墨烯气凝胶。但石墨烯气凝胶制备工艺负载、时长非常长，且无法制备大面积，效率低下，成本高昂，且气凝胶导电性较差，不能充分的发挥石墨烯的电学性能。本发明提供一种可大面积制备的高比表面积的石墨烯泡沫支架，其目的在于解决膜状石墨烯的空间位阻，使其在工作时构建物质输运的快速通道，充分释放石墨烯的可负载位点，推进石墨烯在负载应用材料领域，如光、电催化领域的运用，为催化等功能材料提供一种高比表面积、高负载效果的导电支架。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的不足，本发明首要目的在于提供一种高比表面积的石墨烯泡沫支架的制备方法，主要包括以下步骤：

以碳酸钠或碳酸氢钠作为填充材料，将所述填充材料与粘结剂分散液混合后加入还原氧化石墨烯搅拌分散均匀后涂布成膜并烘干后，浸泡至酸液中除去所述填充材料，获得石墨烯泡沫支架。

所述制备方法的具备步骤包括：

步骤1：选用经过干燥除水处理的碳酸钠或碳酸氢钠作为填充材料；选用如碳酸钠、碳酸氢钠等溶液与酸液反应去除的碳酸盐作为高表面积石墨烯泡沫支架的填充主材，可根据石墨烯泡沫支架的设计孔隙挑选填充主材的粒径大小。

步骤2：配置粘结剂分散液，将粘结剂与溶剂混合并搅拌分散，搅拌转速设置为600-2000r/min，配制获得质量分数为0.1%~3%的粘结剂分散液。根据石墨烯泡沫支架柔韧性设计要求，挑选粘结剂，如刚性石墨烯泡沫支架挑选硬固性PVDF、CMC等粘结剂，柔性、弹性石墨烯泡沫支架挑选柔性PMMA、环氧树脂等粘结剂，也可复合使用。根据填充主材和粘结剂性质挑选油系辅助溶剂，如NMP、DMF、二甲苯等辅助溶剂；利用油性粘结剂在水中不溶的特性，选择性的去除膜材中的填充碳酸盐。