科创中国

新材料产业,前沿新材料

本发明属于复合膜制备领域，并公开了一种全碳复合膜的制备方法。本方法首先以石墨为原料，采用改进的Hummers法可调控的合成氧化石墨烯，含氧官能团丰富的氧化石墨烯在水溶液中能有效分散碳纳米管，形成稳定的氧化石墨烯/碳纳米管分散液；随后通过一步依次真空抽滤碳纳米管分散液和氧化石墨烯/碳纳米管分散液的方法成膜；最后在还原气氛中热处理得到全碳复合膜。本发明还公开了该制备方法获得的产品和该产品的应用。本发明中制备工艺参数可控性强，操作简单易行，获得的全碳复合膜结构完整，且膜基底层与阻挡层之间结合力强，对染料有良好的分离效果，可高效截留水中的染料，在分离染料方面有很好的应用前景。

能够取得下列有益效果： 1、初步的全碳复合膜的制备采用一步真空抽滤法，步骤简单，通过改变被分散的碳纳米材料的质量及比例控制全碳复合膜的膜厚度、形貌以及性能效果，方便快捷； 2、采用热还原法还原氧化石墨烯，氩/氢还原气氛下，复合膜在150～650℃内能够保持结构的完整性，还原过程中，复合膜中的氧化石墨烯的含氧官能团被还原，从而调节基底层和阻挡层，以及阻挡层的空隙，其中通过控制反应温度和升温速率等对氧化石墨烯的还原程度进行调节，另外，热还原法相较于还原剂还原法来说，能够避免杂质的引入，以减小对膜性能的影响； 3、使用改进的Hummers法合成氧化石墨烯，合成的氧化石墨烯边缘有大量含氧官能团而具有亲水性，氧化石墨烯中间大量的六元芳香环结构能够与碳纳米管通过π-π堆积作用结合，类表面活性剂的作用使得碳纳米管能够被有效分散，制备的氧化石墨烯/碳纳米管分散液能长时间保持稳定，进而保证了抽滤法制备的复合膜阻挡层的均匀性； 4、该结构中的基底层和阻挡层均为碳纳米材料，两层结构通过范德华力保持紧密结合，使得全碳复合膜中基底层与阻挡层之间有良好的结合效果，使得制备全碳复合膜具有一定的机械强度。

刘兴国;张文军; 徐鸣;女，教授 博士生导师 硕士生导师 ，华中科技大学材料科学与工程学院教授。在Science（2篇）、 Nature Catalysis(1篇）、Nature Communications（2篇）等高水平杂志上发表SCI论文50余篇，授权专利17项(美国2项，日本1项，中国14项)； 发展了可在“-196~1000°C温度范围稳定服役的超级橡胶，可在-196~1033°C服役的碳基粘附材料，可在海洋环境中服役的碳基高灵敏度监测器及可在-60~-100°C服役的高性能碳基能量器件等一系列原创成果；