一種多級孔結構的石墨烯纖維及其製備與用途

2023-06-29 08:00:56 3

一種多級孔結構的石墨烯纖維及其製備與用途
【專利摘要】一種多級孔結構的石墨烯纖維及其製備方法與用途，所述石墨烯纖維的外徑為0.01～100μm,長徑比為20：1～2000：1，比表面積為500～2800m2/g；其製備方法，包括利用無機纖維為模板，在載氣中加熱至500-1200℃後，通入含C1-C8有機化合物的工藝氣體，在同溫度下分解，碳沉積在無機纖維，形成碳與無機物的複合纖維，降溫後用酸處理，然後過濾，洗滌及乾燥而得，製備方法簡單，所得產品純度高，結構完整，機械強度強，可適用於做分離、吸附材料或電化學儲能的電極材料，用於4V超級電容器的電極材料時，在10A/g掃速下比電容為100-250F/g。
【專利說明】一種多級孔結構的石墨烯纖維及其製備與用途
【技術領域】
[0001] 本發明屬於碳材料及其製備【技術領域】，特別涉及一種多級孔結構的石墨烯纖維及其製備與用途。
【背景技術】
[0002]石墨烯是一類新型的碳納米材料，具有比表面積大，孔徑豐富、化學穩定性好的特點，適於做透明導電顯示材料，電化學儲能的電極材料或催化劑的載體，以及吸附材料。這類物質可以用石墨逐漸剝離的方法，或化學沉積的方法，或用化學氧化石墨的製備氧化石墨烯，再進行還原的方法，製得尺寸較大，層數較少的二維片狀結構。但尺寸較大的片狀材料易堆疊，降低比表面積，孔徑變小，不利於電化學儲能時的需要離子快速擴散等的使用場合。利用顆粒狀或片狀的無機物模板，利用化學氣相沉積的方法，可以製備得到較小尺寸的多孔石墨烯，有效解決了微觀上離子擴散的問題。但這類材料，由於尺寸小，不易直接成膜，加工性能變差。如果使用大量的粘接劑來使其成膜，又會堵塞部分孔，且降低了電極材料的在器件的比例，也不利實際的電化學儲能器件的性能提升。

【發明內容】

[0003]為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在於提供一種多級孔結構的石墨烯纖維及其製備與用途，既能夠保證石墨烯的多孔結構，又能夠方便地構成宏觀尺寸的膜材料，且不損失其離子擴散性能。
[0004]為了實現上述目的，本發明採用的技術方案是:
[0005]一種多級孔結構的石墨烯纖維，所述多級孔結構的石墨烯纖維的外徑為0.01~
100μ m，長徑比為20:1~2000:1，比表面積為500~2800m2/g。
[0006]上述多級孔結構的石墨烯纖維的製備方法，包括如下步驟:
[0007]步驟1:將無機物模板置於反應器中，在載氣中升溫至500-1200°C ；
[0008]步驟2:通入含碳元素的工藝氣體，在同溫度下分解，並沉積在無機物模板上，得到碳與無機物模板的混合物，反應0.01-2小時後，關閉工藝氣體，在氫氣與惰性氣體保護下降至室溫；
[0009]步驟3:將固體產物取出，用0.1-0.5mol/L的鹽酸或硝酸在5_90°C下處理0.1-4小時，之後過濾並用去離子水洗滌至中性、乾燥後得到最終產品。
[0010]所述無機物模板的成分為水合碳酸鎂、水合硫酸鎂、氧化鎂、氮化鎂、水合氯化鎂、六氨氯化鎂、水合氫氧化鎂、氫氧化鎂、鹼式碳酸鎂、鹼式次氯酸鎂、氯酸鎂、碳酸鋅、硫酸鋅、氫氧化鋅或者氧化鋅，其直徑和長徑比與所述多級孔結構的石墨烯纖維相同。
[0011]所述載氣為氫氣、氮氣、氬氣、氦氣、CO、CO2或水蒸汽中的一種或以任意比例混合的多種。
[0012]所述含碳元素的工藝氣體為氫氣、碳源與惰性氣體的混合物，三者體積比為(1-5):(1-5):(1-5)，碳源為C1-C8有機化合物中任一種或以任意比例混合的多種，惰性氣體為氬氣、氦氣或氮氣中的一種或以任意比例混合的多種。
[0013]所述惰性氣體為氬氣、氦氣或氮氣中的一種或以任意比例混合的多種。
[0014]所述在5_90°C下處理是將所有的固體泡在酸中，使能夠溶於酸的物質溶解。
[0015]所述反應器包括:固定床，流化床與移動床。
[0016]所述多級孔結構的石墨烯纖維可用作超級電容器的電極材料。
[0017]與現有技術相比，本發明的有益效果是:
[0018]I)本發明使用的方法簡單，適應範圍廣，能夠製備長徑比範圍較大的石墨烯纖維。同時孔徑與比表面積可調。
[0019]2)所得產品為宏觀的一維線性纖維結構，在酸洗去除無機物模板時非常容易過濾，易清洗，製備成本下降5-10%.[0020]3)所得的多級孔結構的石墨烯纖維，易膜加工，所得膜比小尺寸或大尺寸的石墨烯片構成的膜強度好，擴散性能好。用作電容儲能材料時，同樣能量密度下的體積能量密度提高50-200%.用作氣體吸附材料時，同等吸附效率下，壓降低5-10%.用作液體吸附材料時，容量增加20-50%，通過擠壓擠出所吸附物質後，進行循環使用的次數提高4-6倍。
[0021]4)所得多級孔結構的石墨烯纖維，與更大尺寸的石墨烯泡沫或石墨烯繩。或碳納米管泡沫，碳納米管繩相比，更加方便加工為膜材料，使用便捷。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為所製備的多級孔結構的石`墨烯纖維的宏觀結構。
【具體實施方式】
[0023]以下結合附圖和具體實施例，對本發明作進一步的詳細描述。
[0024]實施例1
[0025]以水合碳酸鎂為無機物模板，其直徑為0.01 μ m，長徑比為1000:1。將其置於固定床中，在IS氣為載體的氣氛下升溫至500°C後,通入工藝氣體(氫氣,丙烷和IS氣的混合氣，體積比為1:1:5)在同溫度下分解。碳沉積在無機物纖維模板上，得到碳與無機纖維的複合物。反應0.01小時，關閉工藝氣體。在氫氣與氬氣(體積比例1:4)中降溫至室溫。將固體產物取出，用0.5mol/L的鹽酸在90°C處理0.1小時。通過過濾，並用去離子水洗滌至中性，乾燥後得到最終產品。產品為具有多級孔結構的石墨烯纖維，其外徑為0.01 μ m，長徑比為1000:1，比表面積為2800m2/g，形態如圖1所示。
[0026]在4V的超級電容器(以EMIBF4為電解液)中，在ΙΟΑ/g的掃速下，電極材料的比電容為 250F/g。
[0027]實施例2
[0028]以水合硫酸鎂為無機物模板，其直徑為I μ m，長徑比為800:1。將其置於流化床中，在氮氣為載體的氣氛下升溫至700°C後,通入工藝氣體(氫氣，乙燒與乙烯和IS氣的混合氣，組成比為5:0.7:0.3:5)在同溫度下分解。碳沉積在無機物纖維模板上。得到碳與無機纖維的複合物。反應0.1小時，關閉工藝氣體。在氫氣與氮氣(體積比例1:2)中降溫至室溫。將固體產物取出，用0.lmol/L的鹽酸在5°C處理4小時。通過過濾，並用去離子水洗滌至中性，乾燥後得到最終產品。產品為具有多級孔結構的石墨烯纖維，其外徑為Ιμπι，長徑比為800:1.，比表面積為1500m2/g。
[0029]在4V的超級電容器(以EMIBF4為電解液)中，在ΙΟΑ/g的掃速下，電極材料的比電容為 170F/g。
[0030]實施例3
[0031]以氧化鎂為無機物模板，其直徑為100 μ m，長徑比為20:1。將其置於移動床中，在氫氣為載體的氣氛下升溫至1200°C後，通入工藝氣體(氫氣，甲烷、丁醇和氬氣的混合氣，組成比為1:4.9:0.1:5)在同溫度下分解。碳沉積在無機物纖維模板上，得到碳與無機纖維的複合物。反應2小時,關閉工藝氣體。在氫氣與IS氣(體積比例3:4)中降溫至室溫。將固體產物取出，用0.lmol/L的硝酸在5°C處理2小時。通過過濾，並用去離子水洗滌至中性，乾燥後得到最終產品。產品為具有多級孔結構的石墨烯纖維，其外徑為ΙΟΟμπι，長徑比為20:1，比表面積為500m2/g。
[0032]在4V的超級電容器(以EMIBF4為電解液)中，在ΙΟΑ/g的掃速下，電極材料的比電容為 100F/g。
[0033]實施例4
[0034]以水合氯化鎂為無機物模板，其直徑為15μπι，長徑比為100:1。將其置於固定床中，在氦氣為載體的氣氛下升溫至800°C後,通入工藝氣體(氫氣，正己燒、乙苯和IS氣的混合氣，組成比為1:0.7:0.3:5)在同溫度下分解。碳沉積在無機物纖維模板上，得到碳與無機纖維的複合物。反應0.5小時，關閉工藝氣體。在氫氣與氦氣(體積比例4:1)中降溫至室溫。將固體產物取出，用0.5mol/L的硝酸在25°C處理2.5小時。通過過濾，並用去離子水洗滌至中性，乾燥後得到最終產品。產品為具有多級孔結構的石墨烯纖維，其外徑為15 μ m，長徑比為100:1，比表面積為1200m2/g。
[0035]在4V的超級電容器(以EMIBF4為電解液)中，在ΙΟΑ/g的掃速下，電極材料的比電容為 140F/g。
[0036]實施例5
[0037]以六氨氯化鎂為無機物模板，其直徑為6 μ m，長徑比為120:1。將其置於流化床中，在CO，CO2以任意比混合的載體氣氛下升溫至700°C後，通入工藝氣體(氫氣，異丁烷和氬氣的混合氣，組成比為1:5:1)在同溫度下分解。碳沉積在無機物纖維模板上。得到碳與無機纖維的複合物。反應0.2小時，關閉工藝氣體。在氫氣與氦氣(體積比例1:2)中降溫至室溫。將固體產物取出，用0.lmol/L的硝酸在90°C處理3小時。通過過濾，並用去離子水洗滌至中性，乾燥後得到最終產品。產品為具有多級孔結構的石墨烯纖維，其外徑為6μπι，長徑比為120:1，比表面積為800m2/g。
[0038]在4V的超級電容器(以EMIBF4為電解液)中，在ΙΟΑ/g的掃速下，電極材料的比電容為 124F/g。
[0039]實施例6
[0040]以水合氧氫化鎂為無機物模板,其直徑為2 μ m,長徑比為50:1。將其置於移動床中，在水蒸汽和氬氣以任意比混合的載體氣氛下升溫至750°C後，通入工藝氣體(氫氣，環戊烷和氬氣的混合氣，組成比為5:5:3)在同溫度下分解。碳沉積在無機物纖維模板上，得到碳與無機纖維的複合物。反應I小時，關閉工藝氣體。在氫氣、氬氣與氦氣的混合氣(體積比例10:4:1)中降溫至室溫。將固體產物取出，用0.5mol/L的鹽酸在55°C處理1.5小時。通過過濾，並用去離子水洗滌至中性，乾燥後得到最終產品。產品為具有多級孔結構的石墨烯纖維，其外徑為2μπι，長徑比為50:1，比表面積為IlOOmVgo
[0041]在4V的超級電容器(以EMIBF4為電解液)中，在ΙΟΑ/g的掃速下，電極材料的比電容為 135F/g。
[0042]實施例7
[0043]以鹼式碳酸鎂為無機物模板，其直徑為2 μ m，長徑比為60:1。將其置於固定床中，在氫氣和氬氣以任意比混合的載體氣氛下升溫至950°C後，通入工藝氣體(氫氣，甲烷，甲醛和氬氣的混合氣，組成比為1:1:1:5)在同溫度下分解。碳沉積在無機物纖維模板上。得到碳與無機纖維的複合物。反應1.5小時,關閉工藝氣體。在氫氣和IS氣(體積比例10:1)氣氛中降溫至室溫。將固體產物取出，用0.5mol/L的鹽酸在70°C處理2小時。通過過濾，並用去離子水洗滌至中性，乾燥後得到最終產品。產品為具有多級孔結構的石墨烯纖維，其外徑為2 μ m，長徑比為60:1，比表面積為900m2/g。
[0044]在4V的超級電容器(以EMIBF4為電解液衝，在ΙΟΑ/g的掃速下，電極材料的比電容為 150F/g。
[0045]實施例8
[0046]以碳酸鋅為無機物模板，其直徑為30 μ m，長徑比為60:1。將其置於流化床中，在氫氣和氬氣以任意比混合的載體氣氛下升溫至800°C後，通入工藝氣體(氫氣，乙烯與乙炔和氬氣的混合氣，組成比為4:0.3:1.7:5)在同溫度下分解。碳沉積在無機物纖維模板上，得到碳與無機纖維的複合物。反應0.6小時,關閉工藝氣體。在氫氣和IS氣(體積比例5:2)氣氛中降溫至室溫。將固體產物取出，用0.lmol/L的鹽酸在70°C處理0.5小時。通過過濾，並用去離子水洗滌至中 性，乾燥後得到最終產品。產品為具有多級孔結構的石墨烯纖維，其外徑為30μπι，長徑比為60:1，比表面積750m2/g。
[0047]在4V的超級電容器(以EMIBF4為電解液衝，在ΙΟΑ/g的掃速下，電極材料的比電容為 125F/g。
[0048]實施例9
[0049]以氫氧化鋅為無機物模板,其直徑為5 μ m,長徑比為100:1。將其置於移動床中，在氫氣和氬氣以任意比混合的載體氣氛下升溫至660°C後，通入工藝氣體(氫氣，乙烯、丙烷和氬氣的混合氣，組成比為4:0.9:0.1:5)在同溫度下分解。碳沉積在無機物纖維模板上，得到碳與無機纖維的複合物。反應0.4小時，關閉工藝氣體。在氫氣和氬氣(體積比例1:7)中降溫至室溫。將固體產物取出，用0.lmol/L的鹽酸在70°C處理0.8小時。通過過濾，並用去離子水洗滌至中性，乾燥後得到最終產品。產品為具有多級孔結構的石墨烯纖維，其外徑為5 μ m，長徑比為100:1，比表面積1250m2/g。
[0050]在4V的超級電容器(以EMIBF4為電解液)中，在ΙΟΑ/g的掃速下，電極材料的比電容為 130F/g。
[0051]實施例10
[0052]以氧化鋅為無機物模板，其直徑為45 μ m，長徑比為500:1。將其置於固定床中，在氫氣和IS氣以任意比混合的載體氣氛下升溫至660°C後,通入工藝氣體(氫氣,丙烯和IS氣的混合氣，組成比為4:1:5)在同溫度下分解。碳沉積在無機物纖維模板上。得到碳與無機纖維的複合物。反應1.2小時，關閉工藝氣體。在氫氣和氮氣(體積比例1:10)中降溫至室溫。將固體產物取出，用0.lmol/L的硝酸在70°C處理2.5小時。通過過濾，並用去離子水洗滌至中性，乾燥後得到最終產品。產品為具有多級孔結構的石墨烯纖維，其外徑為45 μ m，長徑比為500:1.，比表面積600m2/g。
[0053]在4V的超級電容器(以EMIBF4為電解液)中，在ΙΟΑ/g的掃速下，電極材料的比電容為 110F/g。
[0054]實施例11
[0055]以硫酸鋅為無機物模板，其直徑為0.1 μ m，長徑比為600:1。將其置於移動床中，在氫氣和氬氣以任意比混合的載體氣氛下升溫至800°C後，通入工藝氣體(氫氣，環氧丙烷和氬氣的混合氣，組成比為1:1:5)在同溫度下分解。碳沉積在無機物纖維模板上。得到碳與無機纖維的複合物。反應1.2小時,關閉工藝氣體。在氫氣和IS氣(體積比例20:1)中降溫至室溫。將固體產物取出，用0.lmol/L的硝酸在70°C中處理2小時。通過過濾，並用去離子水洗滌至中性，乾燥後得到最終產品。產品為具有多級孔結構的石墨烯纖維，其外徑為0.1 μ m，長徑比為600:1，比表面積2200m2/g。
[0056]在4V的超級電容器(以EMIBF4為電解液)中，在ΙΟΑ/g的掃速下，電極材料的比電容為 190F/g。
[0057]實施例12
[0058]將氯酸鎂纖維模板(直徑為2 μ m，長徑為100:1)置於流化床中，在氬氣中升溫至500°C後，通入工藝氣體(氫氣、乙炔與氮氣，體積比例為1:5:1)在同溫度下分解，碳沉積在無機物纖維模板上，得到碳與無·機纖維的複合物。反應2小時後，關閉工藝氣體，在氫氣與氬氣(體積比例為1:1)保護下降至室溫。將固體產物取出，用0.1Mol/L的鹽酸在50°C下處理3小時。通過過濾，並用去離子水洗滌至中性，乾燥後得到最終產品(直徑為2 μ m,長徑比為100:1，比表面積為590m2/g)。
[0059]在4V的超級電容器(以EMIBF4為電解液)中，在ΙΟΑ/g的掃速下，電極材料的比電容為 109F/g。
[0060]實施例13
[0061]將氮化鎂纖維模板(直徑為0.5 μ m,長徑為2000:1)置於流化床中，在IS氣與H2O(體積比例為1:4)中升溫至950°C後。通入工藝氣體(氫氣、甲烷與氬氣，體積比例為2:5:1)，在同溫度下分解，碳沉積在無機纖維模板上，得到碳與無機纖維的複合物。反應0.5小時後，關閉工藝氣體，在氫氣與氬氣(體積比例為2:1)保護下降至室溫。將固體產物取出，用0.5Mol/L的鹽酸在30°C下處理2小時。通過過濾，並用去離子水洗滌至中性，乾燥後得到最終產品(直徑為0.5 μ m，長徑比為2000:1，比表面積為1800m2/g)。
[0062]在4V的超級電容器(以EMIBF4為電解液)中，在ΙΟΑ/g的掃速下，電極材料的比電容為 200F/g。
[0063]實施例14
[0064]將硫酸鋅纖維模板(直徑為0.1微米，長徑為100:1)置於流化床中，在氬氣中升溫至650°C後，通入工藝氣體(氫氣、乙烯與氦氣，體積比例為2:5:5)在同溫度下分解。碳沉積在無機纖維模板上，得到碳與無機纖維的複合物。反應0.05小時後，關閉工藝氣體，在氫氣與氬氣(體積比例為2:5)保護下降至室溫。將固體產物取出，用0.5Mol/L的硝酸在20°C下處理2.5小時。通過過濾，並用去離子水洗滌至中性，乾燥後得到最終產品(直徑為0.1 μ m，長徑比為100:1,比表面積為800m2/g)。
[0065]在4V的超級電容器(以EMIBF4為電解液)中，在ΙΟΑ/g的掃速下，電極材料的比電容為 190F/g。
[0066]實施例15
[0067]將氫氧化鋅纖維模板(直徑為0.01 μ m，長徑為200:1)置於流化床中，在氬氣中升溫至850°C後，通入工藝氣體(氫氣、苯、二甲苯與氬氣，體積比例為2:2:1:3，在同溫度下分解。碳沉積在無機纖維模板上，得到碳與無機纖維的複合物。反應0.05小時後，關閉工藝氣體，在氫氣與氬氣(體積比例為2:3)保護下降至室溫。將固體產物取出，用0.5Mol/L的硝酸在10°C下處理4小時。通過過濾，並用去離子水洗滌至中性，乾燥後得到最終產品(直徑為0.01 μ m，長徑比為200:1，比表面積為1200m2/g)。
[0068]在4V的超級電容器(以EMIBF4為電解液)中，在ΙΟΑ/g的掃速下，電極材料的比電容為 195F/g。
[0069]實施例16
[0070]將氧化鋅纖維模板(直徑為0.05μηι,長徑為2000:1)置於固定床中，在CO與水蒸汽(比例為10:1)中升溫 至1200°C後通入工藝氣體(氫氣、乙醇、二甲苯與氬氣，體積比例為
1:0.1:4:1)在同溫度下分解，碳沉積在無機纖維模板上，得到碳與無機纖維的複合物。反應0.5小時後，關閉工藝氣體，在氫氣與氦氣(體積比例為1:1)保護下降至室溫。將固體產物取出，用0.3Mol/L的硝酸在30°C下處理3小時。通過過濾，並用去離子水洗滌至中性，乾燥後得到最終產品(直徑為0.05 μ m,長徑比為2000:1，比表面積為1350m2/g)。
[0071]在4V的超級電容器(以EMIBF4為電解液)中，在ΙΟΑ/g的掃速下，電極材料的比電容為 238F/g。
[0072]實施例17
[0073]將水合氯化鎂纖維模板(直徑為I μ m,長徑為200:1)置於移動床中，在CO與C02、水蒸汽(比例為1:10:4)中升溫至700°C後，通入工藝氣體(氫氣、異丙醇、異丁烯與氬氣，體積比例為1:0.5:3.5:5)在同溫度下分解。碳沉積在無機物纖維模板上，得到碳與無機纖維的複合物。反應5小時後，關閉工藝氣體，在氫氣與氬氣(體積比例為1:10)保護下降至室溫。將固體產物取出，用0.3Mol/L的鹽酸在30°C下處理2小時。通過過濾，並用去離子水洗滌至中性，乾燥後得到最終產品(直徑為I μ m，長徑比為200:1，比表面積為2350m2/g)。
[0074]在4V的超級電容器(以EMIBF4為電解液)中，在ΙΟΑ/g的掃速下，電極材料的比電容為 220F/g。
[0075]實施例18
[0076]將水合碳酸鎂纖維模板(直徑為Iym,長徑為400:1)置於固定床中，在IS氣中升溫至650°C後，通入工藝氣體(氫氣、乙烯與氬氣，體積比例為2:2.5:3)在同溫度下分解。碳沉積在無機纖維模板上，得到碳與無機纖維的複合物。反應I小時後，關閉工藝氣體，在氫氣與氮氣(體積比例為2: I)保護下降至室溫。將固體產物取出，用0.25Mol/L的鹽酸在30°C下處理I小時。通過過濾，並用去離子水洗滌至中性，乾燥後得到最終產品(直徑為I μ m，長徑比為400，比表面積為2800m2/g)。
[0077]在4V的超級電容器(以EMIBF4為電解液)中，在ΙΟΑ/g的掃速下，電極材料的比電容為 230F/g。[0078]實施例19[0079]將硫酸鎂纖維模板(直徑為100μπ，長徑為20:1)置於移動床中，在氬氣中升溫至1050°C後，通入工藝氣體(氫氣、丙烯與甲苯與氬氣，體積比例為5:1:2.5:5)在同溫度下分解。碳沉積在無機物纖維模板上，得到碳與無機纖維的複合物。反應I小時後，關閉工藝氣體，在氫氣與氬氣(體積比例為1:5)保護下降至室溫。將固體產物取出，用0.2Mol/L的鹽酸在50°C下處理0.3小時。通過過濾，並用去離子水洗滌至中性，乾燥後得到最終產品(直徑為100 μ m，長徑比為20:1，比表面積為2000m2/g)。[0080]在4V的超級電容器(以EMIBF4為電解液衝，在10Α/g的掃速下，電極材料的比電容為 165F/g[0081]實施例20
[0082]將碳酸鋅纖維模板(直徑為20μπι，長徑為50:1)置於流化床中，在氮氣中升溫至1150°C後，通入工藝氣體(氫氣、環己烷、異辛烷、苯乙烯與氬氣，體積比例為5:1:2:2:1)在同溫度下分解。碳沉積在無機物纖維模板上。得到碳與無機纖維的複合物。反應2小時後，關閉工藝氣體，在氫氣與氦氣(體積比例為2:5)保護下降至室溫。將固體產物取出，用0.1Mol/L的鹽酸在15°C下處理2.5小時。通過過濾，並用去離子水洗滌至中性，乾燥後得到最終產品(直徑為20 μ m，長徑比為50:1，比表面積為1650m2/g)。[0083]在4V的超級電容器(以EMIBF4為電解液衝，在10Α/g的掃速下，電極材料的比電容為 150F/g。[0084]實施例21[0085]將鹼式次氯酸鎂纖維模板(直徑為5 μ m,長徑為500:1)置於移動床中，在氫氣與CO2 (比例為1:9)中升溫至600°C後，通入工藝氣體(氫氣、異戊烷、環氧乙烷與氬氣，體積比例為5:4.8:0.2:5)在同溫度下分解。碳沉積在無機物纖維模板上，得到碳與無機纖維的複合物。反應1.5小時後，關閉工藝氣體，在氫氣與氬氣(體積比例為2:0.1)保護下降至室溫。將固體產物取出，用0.4Mol/L的硝酸在20°C下處理2小時。通過過濾，並用去離子水洗滌至中性，乾燥後得到最終產品(直徑為5μπι，長徑比為500:1，比表面積為2650m2/g)。[0086]在4V的超級電容器(以EMIBF4為電解液衝，在ΙΟΑ/g的掃速下，電極材料的比電容為 185F/g。[0087]實施例22[0088]將水合氫氧化鎂纖維模板(直徑為0.05 μ m，長徑為1500:1)置於流化床中，在氮氣與CO2 (比例為1:1)中升溫至800°C後，通入工藝氣體(氫氣、丙烯、丁酮，環氧氯丙烷與氬氣，體積比例為5:1:0.8:3:3)，在同溫度下分解。碳沉積在無機物纖維模板上，得到碳與無機纖維的複合物。反應I小時後，關閉工藝氣體，在氫氣與IS氣(體積比例為2:0.1)保護下降至室溫。將固體產物取出，用0.4MO1/L的硝酸在20°C下處理2小時。通過過濾，並用去離子水洗滌至中性，乾燥後得到最終產品(直徑為0.05 μ m，長徑比為1500:1，比表面積為 2650m2/g)。[0089]在4V的超級電容器(以EMIBF4為電解液衝，在10Α/g的掃速下，電極材料的比電容為 240F/g。
【權利要求】
1.一種多級孔結構的石墨烯纖維，其特徵在於，所述多級孔結構的石墨烯纖維的外徑為0.01~100 μ m，長徑比為20:1~2000:1，比表面積為500~2800m2/g。
2.一種製備權利要求1所述多級孔結構的石墨烯纖維的方法，其特徵在於，包括如下步驟: 步驟1:將無機物模板置於反應器中，在載氣中升溫至500-1200°C ； 步驟2:通入含碳元素的工藝氣體，在同溫度下分解，並沉積在無機物模板上，得到碳與無機物模板的混合物，反應0.01-2小時後，關閉工藝氣體，在氫氣與惰性氣體保護下降至室溫； 步驟3:將固體產物取出，用0.1-0.5mol/L的鹽酸或硝酸在5_90°C下處理0.1_4小時，之後過濾並用去離子水洗滌至中性、乾燥後得到最終產品。
3.根據權利要求2所述製備多級孔結構的石墨烯纖維的方法，其特徵在於，所述無機物模板的成分為水合碳酸鎂、水合硫酸鎂、氧化鎂、氮化鎂、水合氯化鎂、六氨氯化鎂、水合氫氧化鎂、氫氧化鎂、鹼式碳酸鎂、鹼式次氯酸鎂、氯酸鎂、碳酸鋅、硫酸鋅、氫氧化鋅或者氧化鋅，其直徑和長徑比與所述多級孔結構的石墨烯纖維相同。
4.根據權利要求2所述製備多級孔結構的石墨烯纖維的方法，其特徵在於，所述載氣為氫氣、氮氣、氬氣、氦氣、CO、CO2或水蒸汽中的一種或以任意比例混合的多種。
5.根據權利要求2所述製備多級孔結構的石墨烯纖維的方法，其特徵在於，所述含碳兀素的工藝氣體為氫氣、碳源與惰性氣體的混合物，三者體積比為(1-5): (1-5): (1-5),碳源為C1-C8有機化合物中任一種或以任意比例混合的多種,惰性氣體為氬氣、氦氣或氮氣中的一種或以任意比例混合的多種。
6.根據權利要求2所述製備多級孔結構的石墨烯纖維的方法，其特徵在於，所述惰性氣體為氬氣、氦氣或氮氣中的一種或以任意比例混合的多種。
7.根據權利要求2所述製備多級孔結構的石墨烯纖維的方法，其特徵在於，所述在5-90°C下處理是將所有的固體泡在酸中，使能夠溶於酸的物質溶解。
8.根據權利要求2所述製備多級孔結構的石墨烯纖維的方法，其特徵在於，所述反應器包括:固定床， 流化床與移動床。
9.權利要求1所述多級孔結構的石墨烯纖維用作超級電容器的電極材料的用途。
【文檔編號】B01J20/20GK103588196SQ201310541262
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月5日 優先權日:2013年11月5日
【發明者】騫偉中, 崔超婕, 魏飛 申請人:清華大學