一种用于二氧化碳传感的多孔石墨烯材料的制备方法及其产品和应用与流程

本发明属于石墨烯材料的制备，涉及一种用于二氧化碳传感的多孔石墨烯材料的制备方法及其产品和应用。

背景技术：

1、随着环保意识的提高，二氧化碳的监测和减排变得越来越重要。传统的二氧化碳传感器主要基于光学或电化学方法，这些方法虽然有效，但通常设备复杂、成本高且需要频繁维护。因此，开发新型、高效、低成本的二氧化碳传感器成为当前的研究热点。

2、石墨烯是一种由碳原子组成的二维材料，具有优异的电学、热学和机械性能，在传感器领域具有广泛的应用前景。然而，传统的制备方法，如机械剥离法、氧化还原法等，难以获得大比表面积的石墨烯薄膜。

3、因此，发展一种高效、可控的多孔石墨烯薄膜制备方法，制备大比表面积的石墨烯薄膜得到对于石墨烯在二氧化碳传感器的实际应用中具有重要意义。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种用于二氧化碳传感的多孔石墨烯材料的制备方法；本发明的目的之二在于提供一种用于二氧化碳传感的多孔石墨烯材料；本发明的目的之三在于提供一种用于二氧化碳传感的多孔石墨烯材料在制备二氧化碳传感方面的应用。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、1.一种用于二氧化碳传感的多孔石墨烯材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

4、(1)将硅衬底置于入口处连接有四通阀的管式炉中部位置，在所述硅衬底与所述管式炉的入口之间放置环形催化金属箔材；

5、(2)经所述四通阀中的第一个入口向管式炉中通入载气和氢气；

6、(3)同时将另一路载气经过ph＞7的有机溶液后经所述四通阀中的第二个入口通入管式炉中；

7、(4)将管式炉的炉温升至800～1080℃，然后从所述管式炉的第三个入口中通入气态碳源，保持0.5～600min，即可在管式炉中生长得到多孔石墨烯；

8、所述载气为惰性气体。

9、优选的，步骤(1)中，所述环形催化金属箔材包括铜或镍；

10、所述硅衬底和环形催化金属箔材的质量比为100:0.1～200。

11、优选的，步骤(2)中，所述气态碳源包括甲烷、乙烯或乙炔中的任意一种或几种。

12、优选的，步骤(3)中，所述ph＞7的有机溶液中的溶剂为甲醇、乙醇或甲醛中的任意一种；

13、所述ph＞7的有机溶液中含有氢氧根离子或羟基。

14、进一步优选的，所述ph＞7的有机溶液中氢氧根离子或者羟基的浓度为0.001～1mol/l。

15、优选的，步骤(2)中载气、氢气、步骤(3)中载气、步骤(4)中气态碳源的流量比例为300:30～50:100:4～5。

16、优选的，步骤(1)中硅衬底和步骤(4)中气态碳源的质量流量之比为5000:4～5，mg:sccm。

17、2、根据上述制备方法制备得到的多孔石墨烯材料。

18、3、上述多孔石墨烯材料在制备二氧化碳传感方面的应用。

19、本发明的有益效果在于：本发明公开了一种用于二氧化碳传感的多孔石墨烯材料的制备方法，主要是在管式炉中将环形催化金属箔材置于硅衬底前端后从不同的入口中通入气态碳源、载气(氮气或氩气)、氢气以及经过ph＞7的有机溶液后的氩气，升温至800～1080℃后保持0.5～600min，即可在管式炉中生长得到多孔石墨烯。本发明的制备方法采用远程催化方法(将环形催化金属箔材置于硅衬底前端而不是直接混合)，降低了石墨烯的制备温度、提高了制备效率；另外引入额外的携带了氢氧化钾溶液的氩气通入管式炉内，其氢氧化钾溶液能够有效调控多孔石墨烯薄膜的形成。本发明的制备方法适用于大规模生产多孔石墨烯薄膜，具有高效、低成本的优点；同时本发明制备得到的多孔石墨烯材料具有优异的电学、热学和机械性能，在二氧化碳传感器的制备方面具有良好的应用前景。

20、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

技术特征：

1.一种用于二氧化碳传感的多孔石墨烯材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述环形催化金属箔材包括铜或镍；

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述气态碳源包括甲烷、乙烯或乙炔中的任意一种或几种。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述ph＞7的有机溶液中的溶剂为甲醇、乙醇或甲醛中的任意一种；

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述ph＞7的有机溶液中氢氧根离子或者羟基的浓度为0.001～1mol/l。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中载气、氢气、步骤(3)中载气、步骤(4)中气态碳源的流量比例为300:30～50:100:4～5。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中硅衬底和步骤(4)中气态碳源的质量流量之比为5000:4～5，mg:sccm。

8.根据权利要求1～7任一项所述制备方法制备得到的多孔石墨烯材料。

9.权利要求8所述多孔石墨烯材料在制备二氧化碳传感方面的应用。

技术总结
本发明涉及一种用于二氧化碳传感的多孔石墨烯材料的制备方法及其产品和应用，属于石墨烯材料的制备技术领域。本发明主要是在管式炉中将环形催化金属箔材置于硅衬底前端后从不同的入口中通入气态碳源、氩气、氢气以及经过pH大于7的有机溶液后的氩气，升温至800～1080℃后保持0.5～600min，即可在管式炉中生长得到多孔石墨烯。本发明的制备方法采用远程催化方法(将环形催化金属箔材置于硅衬底前端而不是直接混合)，降低了石墨烯的制备温度、提高了制备效率；另外引入额外的携带了氢氧化钾溶液的氩气通入管式炉内，其氢氧化钾溶液能够有效调控多孔石墨烯薄膜的形成。

技术研发人员：熊桂洪,余家燕,蒋昌潭
受保护的技术使用者：重庆市生态环境监测中心
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31