CN104129779A - 一种制备含石墨烯的纳米纸的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种制备含有石墨烯的纳米纸的方法，具体为：A.制备氧化石墨烯的分散液；B.在上述氧化石墨烯的分散液中加入稳定剂，然后加入还原剂还原氧化石墨烯，制备稳定的水性石墨烯分散液；C.制备碳纳米管；D.分离碳纳米管得到金属性碳纳米管的分散液，然后，加入氧化剂部分氧化该金属性碳纳米管；E.通过微滤膜过滤石墨烯分散液得到石墨烯薄膜；然后过滤部分氧化的金属性碳纳米管的分散液，得到其上沉积由碳纳米管的石墨烯薄膜；F.重复上述步骤E，得到沉积在微滤膜上的多层交替沉积的石墨烯-碳纳米管膜；G.碳化上述沉积在微滤膜上的多层膜，得到含有石墨烯的纳米纸。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备米纸的方法，具体涉及一种制备含石墨烯的纳米纸的方法。
背景技术
纳米碳材料，包括二维的石墨烯(GS)或氧化石墨烯(GO)，一维的碳纳米管(CNTs)，都属于碳系家族的新宠儿。他们的发现对整个科学界都产生了深远的影响，其中石墨烯于2010年获得了诺贝尔物理学奖。这些纳米碳材料在力学、光学、电子学等方面突出显著的优点。如碳纳米管具有一维纳米中空结构、高长径比、优异机械性能和导电性能；石墨烯是厚度只有单个或几个原子，大小却可达几个甚至几十微米的二维纳米薄膜，导电性好，机械强度高；这些碳纳米材料在合成高机械强度和高导电性的复合材料、用作储氢和储能材料、传感器和催化材料等方面有着许多潜在的应用价值。
碳纸在电池领域的应用已经非常广泛，然而，这些材料基于宏观材料制备，其性能受到限定，难以满足越来越苛刻的需求，而石墨烯的导电性能优异，在电池等领域的应用尤其受到关注，如果将石墨烯制备成碳纸用于电池等领域，无疑有利于提高其性能。
发明内容
本发明克服现有技术存在的不足，提供一种含有石墨烯的纳米纸的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
A.制备氧化石墨烯的分散液；
B.在上述氧化石墨烯的分散液中加入稳定剂，然后加入还原剂还原氧化石墨烯，制备稳定的水性石墨烯分散液；
C.制备碳纳米管；
D.分离碳纳米管得到金属性碳纳米管的分散液，然后，加入氧化剂部分氧化该金属性碳纳米管；
E.通过微滤膜过滤石墨烯分散液得到石墨烯薄膜；然后过滤部分氧化的金属性碳纳米管的分散液，得到其上沉积由碳纳米管的石墨烯薄膜；
F.重复上述步骤E，得到沉积在微滤膜上的多层交替沉积的石墨烯-碳纳米管膜；
G.碳化上述沉积在微滤膜上的多层膜，得到含有石墨烯的纳米纸。
进一步的，本申请中稳定剂可以为碱，或者表面活性剂。
进一步的，所述碱为氨水，氢氧化钠，或者氢氧化钾。优选氨水。
进一步的，所述表面活性剂为烷基季铵盐或者聚苯乙烯磺酸钠。
进一步的，所述分离碳纳米管包括使用凝胶吸附的方式分离。
进一步的，所述氧化剂为硝酸或高锰酸钾或双氧水。
本申请利用了低维度碳纳米材料的维度性质，以及其高导电的性质，制备成含有石墨烯的纳米纸，石墨烯在平面上铺展，而碳纳米管表面经过部分氧化，含有羟基等含氧基团，其与石墨烯表面的含氧基团在干燥碳化过程中形成大量的氢键或脱水形成氧桥，促进了碳纳米管与石墨烯的结合，又通过交替沉积的过程，使碳纳米管充当了纤维的作用，起到了使该含有石墨烯的纳米纸韧性提高的作用。
具体实施方式
以下结合具体实例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
使用改进的哈莫斯法制备氧化石墨烯，得到氧化石墨烯的分散液，其中加入25％的氨水，加入量为每g氧化石墨烯大约为5-25g，然后加入化学计量的水合肼，超声还原。
任意方法制备碳纳米管，将其分散到去离子水中，比例为1g碳纳米管20ml去离子水，超声分散，将该分散液通过填充有琼脂糖凝胶的分离柱，多次分离后，选择滤液，加入0.05g每g碳纳米管的氧化剂硝酸(质量浓度为30％)，超声。
选择高分子微滤膜，孔径约0.2微米，直径5mm，使石墨烯分散液过滤沉积在微滤膜表面，然后再沉积金属性碳纳米管分散液，使其沉积在石墨烯膜的表面。
重复上述沉积步骤，得到多层沉积的膜，膜厚200nm，需要指出的是，厚度为可以根据需要选择。
碳化上述沉积在微滤膜上的多层膜，得到含有石墨烯的纳米纸。
实施例2
使用改进的哈莫斯法制备氧化石墨烯，得到氧化石墨烯的分散液，其中加入25％的氢氧化钠，加入量为每g氧化石墨烯大约为5-20g氢氧化钠溶液，然后加入化学计量的水合肼，超声还原。
任意方法制备碳纳米管，将其分散到去离子水中，比例为1g碳纳米管20ml去离子水，超声分散，将该分散液通过填充有琼脂糖凝胶的分离柱，多次分离后，选择滤液，加入0.05g每g碳纳米管的氧化剂高锰酸钾(质量浓度为10％的溶液)，超声。
选择高分子微滤膜，孔径约0.2微米，直径5mm，使石墨烯分散液过滤沉积在微滤膜表面，然后再沉积金属性碳纳米管分散液，使其沉积在石墨烯膜的表面。
重复上述沉积步骤，得到多层沉积的膜，膜厚250nm。
碳化上述沉积在微滤膜上的多层膜，得到含有石墨烯的纳米纸。
实施例3
使用改进的哈莫斯法制备氧化石墨烯，得到氧化石墨烯的分散液，其中加入25％的氢氧化钾，加入量为每g氧化石墨烯大约为5-20g氢氧化钾溶液，然后加入化学计量的硼氢化钠，超声还原。
任意方法制备碳纳米管，将其分散到去离子水中，比例为1g碳纳米管20ml去离子水，超声分散，将该分散液通过填充有琼脂糖凝胶的分离柱，多次分离后，选择滤液，加入0.05g每g碳纳米管的氧化剂高锰酸钾(质量浓度为10％的溶液)，超声。
选择高分子微滤膜，孔径约0.2微米，直径5mm，使石墨烯分散液过滤沉积在微滤膜表面，然后再沉积金属性碳纳米管分散液，使其沉积在石墨烯膜的表面。
重复上述沉积步骤，得到多层沉积的膜，膜厚220nm。
碳化上述沉积在微滤膜上的多层膜，得到含有石墨烯的纳米纸。
实施例4
使用改进的哈莫斯法制备氧化石墨烯，得到氧化石墨烯的分散液，其中加入聚苯乙烯磺酸钠(疏浚分子量为60000)，加入量为每g氧化石墨烯大约为9-15g，然后加入化学计量的硼氢化钠，超声还原。
任意方法制备碳纳米管，将其分散到去离子水中，比例为1g碳纳米管20ml去离子水，超声分散，将该分散液通过填充有琼脂糖凝胶的分离柱，多次分离后，选择滤液，加入0.05g每g碳纳米管的氧化剂高锰酸钾(质量浓度为10％的溶液)，超声。
选择高分子微滤膜，孔径约0.2微米，直径5mm，使石墨烯分散液过滤沉积在微滤膜表面，然后再沉积金属性碳纳米管分散液，使其沉积在石墨烯膜的表面。
重复上述沉积步骤，得到多层沉积的膜，膜厚200nm。
碳化上述沉积在微滤膜上的多层膜，得到含有石墨烯的纳米纸。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种制备含石墨烯的纳米纸的方法，其特征在于，具体步骤为：
A.制备氧化石墨烯的分散液；
B.在上述氧化石墨烯的分散液中加入稳定剂，然后加入还原剂还原氧化石墨烯，制备稳定的水性石墨烯分散液；
C.制备碳纳米管；
D.分离碳纳米管得到金属性碳纳米管的分散液，然后，加入氧化剂部分氧化该金属性碳纳米管；
E.通过微滤膜过滤石墨烯分散液得到石墨烯薄膜；然后过滤部分氧化的金属性碳纳米管的分散液，得到其上沉积由碳纳米管的石墨烯薄膜；
F.重复上述步骤E，得到沉积在微滤膜上的多层交替沉积的石墨烯-碳纳米管膜；
G.碳化上述沉积在微滤膜上的多层膜，得到含有石墨烯的纳米纸。
2.根据权利要求1所述的一种制备含石墨烯的纳米纸的方法，其特征在于，所述稳定剂可以为碱，或者表面活性剂。
3.根据权利要求2所述的一种制备含石墨烯的纳米纸的方法，其特征在于，所述碱为氨水，氢氧化钠，或者氢氧化钾。
4.根据权利要求2所述的一种制备含石墨烯的纳米纸的方法，其特征在于，所述碱为氨水。
5.根据权利要求2所述的一种制备含石墨烯的纳米纸的方法，其特征在于，所述表面活性剂为烷基季铵盐或者聚苯乙烯磺酸钠。
6.根据权利要求1所述的一种制备含石墨烯的纳米纸的方法，其特征在于，所述分离碳纳米管包括使用凝胶吸附的方式分离。
7.根据权利要求1所述的一种制备含石墨烯的纳米纸的方法，其特征在于，所述氧化剂为硝酸或高锰酸钾或双氧水。
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