CN107655226A - 一种用于太阳能吸收剂的石墨烯微球及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于太阳能吸收剂的石墨烯微球及其制备方法。这种超黑石墨烯微球是用氧化石墨烯及其复合物经过雾化干燥、化学还原定形以及高温处理得到。本发明得到的干态氧化石墨烯微球光吸收频率很宽，吸光率极高；制备方法简便快捷、能耗低，适合大规模工业化生产。本发明解决了现有石墨烯粉体光吸收率不够高的问题，可用于太阳能吸收剂。

Description

一种用于太阳能吸收剂的石墨烯微球及其制备方法
技术领域
本发明属于石墨烯材料领域，涉及一种用于太阳能吸收剂的石墨烯微球及其制备方法。
背景技术
石墨烯作为一种新的而且材料，在电学、光学等领域被广泛关注。尤其是其大量的共轭结构、极好的柔性、以及优良的可改性能力，使得其在太阳能吸收方面具有良好的应用前景。
专利20101059315 7.1《一种制备石墨烯粉体的方法》等利用先喷雾干燥后热处理的方法得到石墨烯粉体，阐述了石墨烯粉体的制备方法。然而他们并未对石墨烯粉体进行围观和宏观结构控制，进而未能发现其在太阳能吸收方面的巨大应用潜力。ZhouJunet.al.(ACS Appl.Mater.Interfaces 2017,9,15052-15057)等学者对石墨烯薄膜、气凝胶等宏观材料在太阳能吸收方面进行了研究，但是都没有涉及褶皱石墨烯微球在太阳能吸收方面的应用。
为此，本专利提出了一种褶皱石墨烯增强太阳能吸收的概念，并将其成功运用在超黑石墨烯微球上，用以提高太阳能吸收效率。
发明内容
本发明的目的是针对现有的技术不足，提供一种用于太阳能吸收剂的石墨烯微球及其制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种用于太阳能吸收剂的石墨烯微球，所述石墨烯微球由尺寸为100nm～100μm的单层石墨烯片皱褶而成，微球直径为100nm～5μm，密度为0.04～0.1g/cm3，比表面积为10～1000m2/g，碳氧比为6～100。
进一步地，所述石墨烯微球包覆有吸收助剂，所述吸收助剂为羧化碳管、纳米炭黑中的一种或两种。
一种用于太阳能吸收剂的石墨烯微球的制备方法，包括以下步骤：
(1)对尺寸为100nm～100μm的单层氧化石墨烯分散液进行雾化干燥，得到氧化石墨烯微球。分散液中，氧化石墨烯的浓度为0.1-2mg/mL。
(2)将氧化石墨烯微球用氢碘酸等还原剂90-120度下蒸汽还原，时间为2-20h。
(3)还原的氧化石墨烯微球在惰性气体保护下进行热处理，温度为120-330度，维持时间为1-24h。
进一步地，步骤(1)中所述的氧化石墨烯分散液中含有吸收助剂，吸收助剂的质量含量不大于氧化石墨烯质量的10％。
进一步地，所述吸收助剂由羧化碳管，纳米炭黑组成，其中，纳米炭黑的质量含量不超过50％。
进一步地，步骤(1)中所述的雾化干燥为喷雾干燥或超生雾化。
本发明的有益效果在于：本发明通过调控溶液浓度调控石墨烯球大小/褶皱率，进而减弱光反射率，增加光吸收率；通过调控还原程度，调控石墨烯光吸收宽度，进而调控光的吸收率。
附图说明
图1是经本发明实施例1制备的超黑石墨烯微球的扫描电镜图。
图2是经本发明实施例1制备的超黑石墨烯微球的光学照片。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体描述，本实施例只用于对本发明做进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据上述发明的内容做出一些非本质的改变和调整均属本发明的保护范围。
实施例1：
(1)对尺寸为100nm～1μm的单层氧化石墨烯分散液进行喷雾干燥，得到氧化石墨烯微球。分散液中，氧化石墨烯的浓度为0.1mg/mL。
(2)将氧化石墨烯微球用氢碘酸在120度下蒸汽还原，时间为20h。
(3)还原的氧化石墨烯微球在惰性气体保护下进行热处理，温度为330度，维持时间为24h。
通过以上步骤，制备得到的石墨烯微球的直径为100nm～200μm，密度为0.1g/cm3，比表面积为10m2/g，碳氧比为100。其吸光度达到89％。
实施例2：
(1)对尺寸为100μm～1μm的单层氧化石墨烯分散液进行超生雾化，得到氧化石墨烯微球。分散液中，氧化石墨烯的浓度为2mg/mL。
(2)将氧化石墨烯微球用氢碘酸90度下蒸汽还原，时间为2h。
(3)还原的氧化石墨烯微球在惰性气体保护下进行热处理，温度为120度，维持时间为1h。
通过以上步骤，制备得到的石墨烯微球的直径为1μm～5μm，密度为0.04g/cm3，比表面积为1000m2/g，碳氧比为6。其吸光度达到91％。
实施例3：
一种超黑石墨烯微球基太阳能吸收剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)取尺寸为300nm～500nm的单层氧化石墨烯片和羧化碳管，按照质量比10:1分散于水中，氧化石墨烯浓度为0.1mg/mL，通过雾化干燥的方法得到氧化石墨烯微球。
(2)氧化石墨烯微球用氢碘酸等还原剂90度下蒸汽还原，时间为20h。
(3)还原的氧化石墨烯微球在惰性气体保护下高温处理，温度为1300度，维持时间为24h。
通过以上步骤，制备得到的石墨烯微球的直径为200nm～800nm，羧化碳管包覆在微球内，平均密度为0.06g/cm3，比表面积为872m2/g，碳氧比为86，吸光剂吸光度为97％。
实施例4：
一种超黑石墨烯微球基太阳能吸收剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)取尺寸为300nm～500nm的单层氧化石墨烯片、羧化碳管和纳米炭黑，按照质量比100:1:1分散于水中，氧化石墨烯浓度为1mg/mL，通过雾化干燥的方法得到氧化石墨烯微球。
(2)氧化石墨烯微球用氢碘酸等还原剂200度下蒸汽还原，时间为2h。
(3)还原的氧化石墨烯微球在惰性气体保护下高温处理，温度为200度，维持时间为1h。
通过以上步骤，制备得到的石墨烯微球的直径为0.8μm～3μm，羧化碳管和纳米炭黑包覆在微球内，平均密度为0.05g/cm3，比表面积为64m2/g，碳氧比为79，吸光剂吸光度为95％。
实施例5：
一种超黑石墨烯微球基太阳能吸收剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)取尺寸为300nm～500nm的单层氧化石墨烯片、羧化碳管和纳米炭黑，按照质量比1000:1:1分散于水中，氧化石墨烯浓度为1mg/mL，通过雾化干燥的方法得到氧化石墨烯微球。
(2)氧化石墨烯微球用氢碘酸等还原剂120度下蒸汽还原，时间为12h。
(3)还原的氧化石墨烯微球在惰性气体保护下高温处理，温度为600度，维持时间为8h。
通过以上步骤，制备得到的石墨烯微球的吸光剂吸光度为95％。
实施例6：
一种超黑石墨烯微球基太阳能吸收剂的制备方法(2mg/mL)，包括以下步骤：
(1)取尺寸为300nm～500nm的单层氧化石墨烯片、羧化碳管和纳米炭黑，按照质量比1000:2:1分散于水中，氧化石墨烯浓度为1mg/mL，通过雾化干燥的方法得到氧化石墨烯微球。
(2)氧化石墨烯微球用氢碘酸等还原剂100度下蒸汽还原，时间为1h。
(3)还原的氧化石墨烯微球在惰性气体保护下高温处理，温度为300度，维持时间为4h。
通过以上步骤，制备得到的石墨烯微球的吸光剂吸光度为93％。
实施例7：
一种超黑石墨烯微球基太阳能吸收剂的制备方法(0.2mg/mL)，包括以下步骤：
(1)取尺寸为300nm～500nm的单层氧化石墨烯片、羧化碳管和纳米炭黑，按照质量比100:2:1分散于水中，氧化石墨烯浓度为1mg/mL，通过雾化干燥的方法得到氧化石墨烯微球。
(2)氧化石墨烯微球用氢碘酸等还原剂110度下蒸汽还原，时间为2h。
(3)还原的氧化石墨烯微球在惰性气体保护下高温处理，温度为800度，维持时间为1h。
通过以上步骤，制备得到的石墨烯微球的吸光剂吸光度为94％。

Claims (6)

1.一种用于太阳能吸收剂的石墨烯微球，其特征在于，所述石墨烯微球由尺寸为100nm～100μm的单层石墨烯片皱褶而成，微球直径为100nm～5μm，密度为0.04～0.1g/cm3，比表面积为10～1000m2/g，碳氧比为6～100。
2.根据权利要求1所述的石墨烯微球，其特征在于，所述石墨烯微球包覆有吸收助剂，所述吸收助剂为羧化碳管、纳米炭黑中的一种或两种。
3.一种用于太阳能吸收剂的石墨烯微球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)对尺寸为100nm～100μm的单层氧化石墨烯分散液进行雾化干燥，得到氧化石墨烯微球。分散液中，氧化石墨烯的浓度为0.1-2mg/mL。
(2)将氧化石墨烯微球用氢碘酸等还原剂90-120度下蒸汽还原，时间为2-20h。
(3)还原的氧化石墨烯微球在惰性气体保护下进行热处理，温度为120-330度，维持时间为1-24h。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述的氧化石墨烯分散液中含有吸收助剂，吸收助剂的质量含量不大于氧化石墨烯质量的10％。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述吸收助剂由羧化碳管，纳米炭黑组成，其中，纳米炭黑的质量含量不超过50％。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述的雾化干燥为喷雾干燥或超生雾化。
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