CN105645381A - 强效微波法制备石墨烯碳纳米管复合材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种强效微波法制备石墨烯碳纳米管复合材料的方法，以微波照射方法为基础，将氧化石墨放入微波炉中进行微波照射，2～5min即可得到还原并且剥离的氧化石墨，将它与二茂铁混合在相同的条件下进行二次微波，最终制得石墨烯/碳纳米管复合材料。利用上述方法制备的石墨烯/碳纳米管复合材料工艺简单、成本低，所生产的Gr/CNTs复合材料具有良好的导电性及磁性。

Description

强效微波法制备石墨烯碳纳米管复合材料的方法
技术领域
本发明涉及一种纳米碳复合材料，特别是涉及一种强效微波法制备石墨烯碳纳米管复合材料的方法。
背景技术
电化学电容器作为一种新型储能器件，由于其充放电速率快、功率密度高、循环寿命长等优点，是继锂离子电池后又一极具应用潜力和开发价值的储能器件。然而能量密度较低是制约超级电容器发展和应用的一个关键因素，探索如何提高超级电容器的能量密度是目前该领域研究的重点。根据能量密度的计算公式提高能量密度主要从两方面入手，一方面提高电化学电容器的电压窗口；另外一方面是提高电极材料的比容量，这两方面的提高都会带来能量密度的提高。
石墨烯作为一种二维单分子层材料，具有较高的比表面积和较高的电导率，是一种理想的电化学电容器电极材料，但传统制备石墨烯碳纳米管复合材料的方法工艺复杂、成本较高且还原石墨烯使用水合肼等有毒害试剂，因此长久以来，石墨烯碳纳米管复合材料的生产一直是一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的主要问题是：为生产出一种成本低、生产方法简单快捷、安全无毒害的石墨烯碳纳米管复合材料，发明了一种强效微波法生产石墨烯碳纳米管复合材料的方法。该方法简单快捷，整个制备过程不会用到任何对人体有毒害的试剂原料，安全无毒害。
本发明是通过如下技术方案实施的：
强效微波法制备石墨烯碳纳米管复合材料的方法，包括如下步骤：
1)在室温条件下将2～4g石墨加入装有100～120mL浓硫酸的烧杯中，接着在冰浴条件下缓慢加入15～20g高锰酸钾后，将反应液转移至28～33℃的水浴中搅拌反应20～50min，反应结束后加入300～450mL的冰水进行稀释，滴加H2O2溶液直至无气泡产生，进行抽滤并将得到的金黄色滤饼用大量清水冲洗，得到的粉末在真空干燥箱中干燥过夜；
2)将步骤1制备好的氧化石墨粉末放入玻璃小瓶中，置于微波炉中，1000W微波20～50s，得到MRGO；
3)取13～18mgMRGO和20～35mg二茂铁共同放入玛瑙研钵中研磨15min，混合均匀后，将混合均匀的黑色粉末转移至玻璃小瓶中，1000W微波20～50s，即可得到形貌均匀的Gr/CNTs复合材料。
具体地，所述步骤1)中滴加的H2O2溶液的质量分数为13～18％。
具体地，所述步骤1)中利用真空干燥箱对氧化石墨粉末进行干燥温度设定为30～45℃。
本发明的有益效果：(1)制备过程不会用到水合肼等有毒害试剂，生产方法安全可靠无污染；(2)整个制备过程仅采用两次微波即可达到要求，不需高温高压等极限环境实验，因此极其适合工业化大规模生产。
具体实施方式：
以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案做进一步描述，但是本发明的保护范围并不限于这些实施例。凡是不背离本发明构思的改变或等同替代均包括在本发明的保护范围之内。
实施例1
1)在室温条件下将2.2石墨加入装有105mL浓硫酸的烧杯中，接着在冰浴条件下缓慢加入16g高锰酸钾后，将反应液转移至29℃的水浴中搅拌反应23min，反应结束后加入430mL的冰水进行稀释后，滴加质量分数为14％H2O2溶液直至无气泡产生。进行抽滤并将得到的金黄色滤饼用大量清水冲洗，得到的粉末在32℃的真空干燥箱中干燥过夜；
2)将步骤1制备好的氧化石墨粉末放入玻璃小瓶中，置于微波炉中，1000W微波30s，得到MRGO；
3)取16mgMRGO和33mg二茂铁共同放入玛瑙研钵中研磨15min，混合均匀后，将混合均匀的黑色粉末转移至玻璃小瓶中，1000W微波44s，得到黑色形貌均匀的Gr/CNTs复合材料。
实施例2
1)在室温条件下将3.6g石墨加入装有112mL浓硫酸的烧杯中，接着在冰浴条件下缓慢加入18g高锰酸钾后，将反应液转移至30℃的水浴中搅拌反应44min，反应结束后加入390mL的冰水进行稀释后，滴加质量分数为16％H2O2溶液直至无气泡产生。进行抽滤并将得到的金黄色滤饼用大量清水冲洗，得到的粉末在42℃的真空干燥箱中干燥过夜；
2)将步骤1制备好的氧化石墨粉末放入玻璃小瓶中，置于微波炉中，1000W微波35s，得到MRGO；
3)取16mgMRGO和25mg二茂铁共同放入玛瑙研钵中研磨15min，混合均匀后，将混合均匀的黑色粉末转移至玻璃小瓶中，1000W微波29s，即可得到形貌均匀的Gr/CNTs复合材料。
实施例3
1)在室温条件下将3.2g石墨加入装有114mL浓硫酸的烧杯中，接着在冰浴条件下缓慢加入16g高锰酸钾后，将反应液转移至31℃的水浴中搅拌反应42min，反应结束后加入340mL的冰水进行稀释后，滴加质量分数为17.3％H2O2溶液直至无气泡产生。进行抽滤并将得到的金黄色滤饼用大量清水冲洗，得到的粉末在42℃的真空干燥箱中干燥过夜；
2)将步骤1制备好的氧化石墨粉末放入玻璃小瓶中，置于微波炉中，1000W微波38s，得到MRGO；
3)取15mgMRGO和26mg二茂铁共同放入玛瑙研钵中研磨15min，混合均匀后，将混合均匀的黑色粉末转移至玻璃小瓶中，1000W微波39s，即可得到形貌均匀的Gr/CNTs复合材料。
实施例4
1)在室温条件下将2g石墨加入装有100mL浓硫酸的烧杯中，接着在冰浴条件下缓慢加入15g高锰酸钾后，将反应液转移至33℃的水浴中搅拌反应50min，反应结束后加入300mL的冰水进行稀释后，滴加质量分数为13％H2O2溶液直至无气泡产生。进行抽滤并将得到的金黄色滤饼用大量清水冲洗，得到的粉末在45℃的真空干燥箱中干燥过夜；
2)将步骤1制备好的氧化石墨粉末放入玻璃小瓶中，置于微波炉中，1000W微波50s，得到MRGO；
3)取13mgMRGO和20mg二茂铁共同放入玛瑙研钵中研磨15min，混合均匀后，将混合均匀的黑色粉末转移至玻璃小瓶中，1000W微波20s，即可得到形貌均匀的Gr/CNTs复合材料。
实施例5
1)在室温条件下将4g石墨加入装有120mL浓硫酸的烧杯中，接着在冰浴条件下缓慢加入20g高锰酸钾后，将反应液转移至28℃的水浴中搅拌反应20min，反应结束后加入450mL的冰水进行稀释后，滴加质量分数为18％H2O2溶液直至无气泡产生。进行抽滤并将得到的金黄色滤饼用大量清水冲洗，得到的粉末在30℃的真空干燥箱中干燥过夜；
2)将步骤1制备好的氧化石墨粉末放入玻璃小瓶中，置于微波炉中，1000W微波20s，得到MRGO；
3)取18mgMRGO和35mg二茂铁共同放入玛瑙研钵中研磨15min，混合均匀后，将混合均匀的黑色粉末转移至玻璃小瓶中，1000W微波50s，即可得到形貌均匀的Gr/CNTs复合材料。

Claims (3)

1.强效微波法制备石墨烯碳纳米管复合材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)在室温条件下将2～4g石墨加入装有100～120mL浓硫酸的烧杯中，接着在冰浴条件下缓慢加入15～20g高锰酸钾后，将反应液转移至28～33℃的水浴中搅拌反应20～50min，反应结束后加入300～450mL的冰水进行稀释，滴加H2O2溶液直至无气泡产生，进行抽滤并将得到的金黄色滤饼用大量清水冲洗，得到的粉末在真空干燥箱中干燥过夜；
2)将步骤1制备好的氧化石墨粉末放入玻璃小瓶中，置于微波炉中，1000W微波20～50s，得到MRGO；
3)取13～18mgMRGO和20～35mg二茂铁共同放入玛瑙研钵中研磨15min，混合均匀后，将混合均匀的黑色粉末转移至玻璃小瓶中，1000W微波20～50s，即可得到形貌均匀的Gr/CNTs复合材料。
2.根据权利要求1所述的强效微波法制备石墨烯碳纳米管复合材料的方法，其特征在于，所述步骤1)中滴加的H2O2溶液的质量分数为13～18％。
3.根据权利要求1所述的强效微波法制备石墨烯碳纳米管复合材料的方法，其特征在于，所述步骤1)中利用真空干燥箱对氧化石墨粉末进行干燥温度设定为30～45℃。
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