一種3d石墨烯氧化物氣凝膠修飾的三維電極刷及其制備方法與應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于電極材料【技術(shù)領(lǐng)域】，公開了一種3D石墨烯氧化物氣凝膠修飾的三維電極刷及其制備方法與應(yīng)用。所述的三維電極刷的制備方法為先制備石墨烯氧化物粉末的分散液，然后將三維電極刷完全浸沒(méi)于石墨烯氧化物分散液中，在55～60℃下陳化20～24h，然后經(jīng)液氮冷凍、真空狀態(tài)下-40～-60℃冷凍干燥處理，得到3D石墨烯氧化物氣凝膠修飾的三維電極刷。該3D石墨烯氧化物氣凝膠修飾的三維電極刷具有較大的比表面積和較好的生物相容性，可用于微生物燃料電池陽(yáng)極材料的制備。
【專利說(shuō)明】一種3D石墨烯氧化物氣凝膠修飾的三維電極刷及其制備 方法與應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電極材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種3D石墨烯氧化物氣凝膠修飾的三 維電極刷及其制備方法與應(yīng)用。

【背景技術(shù)】
[0002] 擴(kuò)大微生物燃料電池（MFC)的規(guī)模同時(shí)保證良好的運(yùn)行效果是MFC應(yīng)用于廢水處 理最主要的困難。MFC難以規(guī)?；脑蚴枪β拭芏忍投M(fèi)用太高，電極是決定MFC功率 輸出和建設(shè)費(fèi)用的主要因素，其中陽(yáng)極是微生物生長(zhǎng)繁殖以及胞外電子傳遞效率的關(guān)鍵， 因此選用性能優(yōu)秀、費(fèi)用低廉的陽(yáng)極材料，設(shè)計(jì)合理的陽(yáng)極結(jié)構(gòu)十分重要。本發(fā)明即旨在設(shè) 計(jì)一種新型的可放大且費(fèi)用低的高性能陽(yáng)極，為MFC規(guī)?；瘧?yīng)用于廢水處理提供一種新思 路。
[0003] 增大微生物可利用的陽(yáng)極表面積，實(shí)現(xiàn)有效的電流收集是設(shè)計(jì)大尺寸MFC陽(yáng)極的 關(guān)鍵。因此，從陽(yáng)極結(jié)構(gòu)角度看，三維結(jié)構(gòu)的陽(yáng)極在同樣的反應(yīng)器體積下能提供比二維陽(yáng)極 大得多的表面積，更有利于提升功率密度和節(jié)省基建費(fèi)用。常用的三維陽(yáng)極結(jié)構(gòu)中，石墨刷 電極不容易發(fā)生堵塞，比顆粒堆電極更具有優(yōu)勢(shì)。然而，前人研究表明，石墨刷陽(yáng)極的石墨 纖維在MFC運(yùn)行中會(huì)聚集成叢，減小了微生物可附著的表面積，阻礙底物往石墨刷內(nèi)部的 擴(kuò)散，不利于進(jìn)一步提高陽(yáng)極性能。此外，碳材料的電阻率相比金屬材料高得多，將陽(yáng)極擴(kuò) 大規(guī)模后會(huì)帶來(lái)比較高的歐姆電阻，且造價(jià)相對(duì)較高。
[0004] 為了解決這些問(wèn)題，本發(fā)明參考石墨刷電極設(shè)計(jì)了一種不銹鋼刷支架作為陽(yáng)極基 材及集電器，在不銹鋼刷表面負(fù)載石墨烯材料從而制得一種高性能陽(yáng)極。這種不銹鋼刷結(jié) 構(gòu)與石墨刷類似，然而由于其具有很高的機(jī)械強(qiáng)度，不僅能在長(zhǎng)期運(yùn)行中穩(wěn)定持久地負(fù)載 陽(yáng)極材料，而且不會(huì)發(fā)生堵塞和聚集成叢，能更有效地利用陽(yáng)極材料的表面積，保證底物擴(kuò) 散。另外不銹鋼刷具有很高的導(dǎo)電性，能更加有效地收集電流，大大減小陽(yáng)極歐姆電阻。同 時(shí)不銹鋼刷還具有造價(jià)低廉、簡(jiǎn)單易得等優(yōu)勢(shì)，減少了電極費(fèi)用。
[0005] 石墨烯材料具有很高的比表面積、良好的導(dǎo)電性及生物相容性，是理想的MFC陽(yáng) 極材料。其中石墨烯氧化物不僅能促進(jìn)細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖，還能增強(qiáng)細(xì)菌的胞外電子傳遞，具有 比還原石墨烯氧化物更好的生物相容性。而相比常規(guī)石墨烯電極，3D石墨烯結(jié)構(gòu)減少了石 墨烯片層的堆疊，減小了石墨烯與集電器之間的電阻。因此本文提出使用冷凍干燥的方法 制作3D石墨烯氧化物氣凝膠負(fù)載在不銹鋼刷支架上，盡量利用了石墨烯的優(yōu)良性質(zhì)，同時(shí) 盡量縮短了電子在高電阻區(qū)域傳遞的距離。實(shí)際上，從宏觀角度看，三維石墨烯更有利于實(shí) 際應(yīng)用、材料回用及大規(guī)模制備。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足之處，本發(fā)明的首要目的在于提供一種3D石墨 烯氧化物氣凝膠修飾的三維電極刷的制備方法。
[0007] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種由上述制備方法制備得到的3D石墨烯氧化物氣 凝膠修飾的三維電極刷。
[0008] 本發(fā)明的再一目的在于提供上述3D石墨烯氧化物氣凝膠修飾的三維電極刷在微 生物燃料電池陽(yáng)極材料中的應(yīng)用。
[0009] 本發(fā)明目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0010] 一種3D石墨烯氧化物氣凝膠修飾的三維電極刷的制備方法，包括以下操作步驟：
[0011] (1)取石墨烯氧化物粉末用去離子水進(jìn)行分散，配制濃度為1?5mg ml/1的石墨 烯氧化物分散液，然后將該分散液放入超聲波清洗機(jī)超聲處理使其分散均勻；
[0012] (2)將三維電極刷完全浸沒(méi)于步驟（1)的石墨烯氧化物分散液中，放入超聲波清 洗機(jī)超聲處理40?80min，取出后放入烘箱，55?60°C下陳化20?24h，得到附著有石墨 烯氧化物水溶膠的三維電極刷；
[0013] (3)將步驟⑵得到的附著有石墨烯氧化物水溶膠的三維電極刷立即放入液氮冷 凍60?90min，然后在真空狀態(tài)下-40?-60°C冷凍干燥處理2?3天，得到沉積有石墨烯 氧化物氣凝膠的三維電極刷，將多余的氣凝膠刮除，得到3D石墨烯氧化物氣凝膠修飾的三 維電極刷。
[0014] 所述的三維電極刷優(yōu)選帶有鈦絲絞線刷柄的三維不銹鋼刷、三維石墨刷；更優(yōu)選 經(jīng)過(guò)預(yù)處理的不銹鋼刷，所述預(yù)處理方法為：將不銹鋼刷完全浸沒(méi)在無(wú)水乙醇中，超聲清洗 30min除去不銹鋼刷表面的有機(jī)物，取出后用去離子水沖洗，再浸沒(méi)在去離子水中超聲清洗 30min，預(yù)處理完成后放入烘箱45°C烘干備用；三維電極刷的尺寸優(yōu)選為直徑為2cm，長(zhǎng)度 為4cm，刷柄尺寸為直徑3mm，長(zhǎng)度為3cm。
[0015] 所述的石墨烯氧化物粉末由以下制備方法制備得到：
[0016] (1)將 360mL&H2S04 和 40mL 濃 H3P(V混合后加入到 3.0g 石墨薄片和 18.0g ΚΜη04 的混合物中，然后加熱至50°C攪拌12h，冷卻至室溫后傾入400mL冰水和3mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 30 %的過(guò)氧化氫中得到混合液；
[0017] (2)步驟（1)的混合液用金屬篩篩選，然后通過(guò)聚酯纖維過(guò)濾得到濾液，以去除未 參與反應(yīng)的石墨薄片；
[0018] (3)將步驟（2)的濾液在4000rpm轉(zhuǎn)速下離心分離4h，將上清液潷析，剩余的固體 物料依次用2001^的水，20011^30%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的!1(：1水溶液和2001^的乙醇洗滌2次，每次 洗滌后混合物均通過(guò)金屬篩篩選并用聚酯纖維過(guò)濾，濾液在4000rpm轉(zhuǎn)速下離心分離4h， 將上清液潷析，得到固體物料；
[0019] (4)將步驟⑶的固體物料加入200mL乙醚混凝，產(chǎn)生的絮凝物通過(guò)孔徑0. 45 μ m PTFE膜過(guò)濾，所得的固體物質(zhì)在室溫下真空干燥整夜，得到石墨烯氧化物粉末。
[0020] 一種由上述制備方法制備得到的3D石墨烯氧化物氣凝膠修飾的三維電極刷。
[0021] 上述3D石墨烯氧化物氣凝膠修飾的三維電極刷在微生物燃料電池陽(yáng)極材料中的 應(yīng)用。
[0022] 通過(guò)本發(fā)明的制備方法及所得到的產(chǎn)物具有如下優(yōu)點(diǎn)及有益效果：
[0023] (1)本發(fā)明采用三維電極刷作為基材電極，在投影面積與傳統(tǒng)二維電極材料相同 條件下，比表面積更大，傳統(tǒng)的二維陽(yáng)極系統(tǒng)中，擴(kuò)大電極尺寸需要相應(yīng)地?cái)U(kuò)大反應(yīng)器的容 積，從而過(guò)多地增加了基建的費(fèi)用，而三維陽(yáng)極具有很大的比表面積，在相同的反應(yīng)器容積 下能提供更大的表面積，更適合用于廢水處理的大規(guī)模MFC ;
[0024] (2)本發(fā)明將石墨烯氧化物通過(guò)冷凍干燥法修飾到電極刷上，形成3D結(jié)構(gòu)的石墨 烯氧化物氣凝膠，使得電極刷的比表面積更大，生物相容性更好；
[0025] (3)本發(fā)明的3D石墨烯氧化物氣凝膠修飾的三維電極刷用于微生物燃料電池的 陽(yáng)極不僅有著巨大的比表面積，而且能顯著地提高電池的產(chǎn)電性能，從而拓展了微生物燃 料電池的發(fā)展應(yīng)用。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0026] 圖1為本發(fā)明的3D石墨烯氧化物氣凝膠修飾的三維電極刷的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中標(biāo) 記說(shuō)明如下：1_三維電極刷、2-石墨烯氧化物氣凝膠；
[0027] 圖2為本發(fā)明的3D石墨烯氧化物氣凝膠修飾的三維電極刷作為微生物燃料電池 陽(yáng)極材料應(yīng)用時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中標(biāo)記說(shuō)明如下：1-電池加液口、2-3D石墨烯氧化物氣 凝膠修飾的三維電極刷制備的電池陽(yáng)極、3_離子交換膜、4-預(yù)處理石墨氈陰極、5-陽(yáng)極室 殼體、6-陰極室殼體、7-殼體支架；
[0028] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例1?3的3D石墨烯氧化物氣凝膠修飾的三維不銹鋼刷與未 修飾的不銹鋼刷（對(duì)比組）的輸出功率密度曲線對(duì)比圖；
[0029] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例1?3的3D石墨烯氧化物氣凝膠修飾的三維不銹鋼刷與未 修飾的不銹鋼刷（對(duì)比組）的長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)定性對(duì)比圖。

【具體實(shí)施方式】
[0030] 下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0031] 以下實(shí)施例中所使用的三維不銹鋼刷均為經(jīng)過(guò)預(yù)處理的不銹鋼刷，所述預(yù)處理方 法為：將具有鈦絲絞線刷柄的不銹鋼刷完全浸沒(méi)在無(wú)水乙醇中，超聲清洗30分鐘除去不銹 鋼刷表面的有機(jī)物，取出后用去離子水沖洗，再浸沒(méi)在去離子水中超聲清洗30min，預(yù)處理 完成后放入烘箱45°C烘干備用；三維電極刷的尺寸為直徑為2cm，長(zhǎng)度為4cm，刷柄尺寸為 直徑3mm，長(zhǎng)度為3cm。
[0032] 以下實(shí)施例中所使用的石墨烯氧化物粉末通過(guò)以下制備方法制備得到：
[0033] (1)將360mL濃H2S04和40mL濃Η3Ρ0 4混合后加入到3.(^石墨薄片和18.(^疆11〇4 的混合物中，然后加熱至50°C攪拌12h，冷卻至室溫后傾入400mL冰水和3mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 30 %的過(guò)氧化氫中得到混合液；
[0034] (2)步驟（1)的混合液用金屬篩篩選，然后通過(guò)聚酯纖維過(guò)濾得到濾液，以去除未 參與反應(yīng)的石墨薄片；
[0035] (3)將步驟（2)的濾液在4000rpm轉(zhuǎn)速下離心分離4h，將上清液潷析，剩余的固體 物料依次用2001^的水，20011^30%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的!1(：1水溶液和2001^的乙醇洗滌2次，每次 洗滌后混合物均通過(guò)金屬篩篩選并用聚酯纖維過(guò)濾，濾液在4000rpm轉(zhuǎn)速下離心分離4h， 將上清液潷析，得到固體物料；
[0036] (4)將步驟（3)的固體物料加入200mL乙醚混凝，產(chǎn)生的絮凝物通過(guò)孔徑0. 45 μ m PTFE膜過(guò)濾，所得的固體物質(zhì)在室溫下真空干燥整夜，得到石墨烯氧化物粉末。
[0037] 實(shí)施例1
[0038] 本實(shí)施例的一種3D石墨烯氧化物氣凝膠修飾的三維電極刷的制備方法，具體制 備步驟如下：
[0039] (1)取石墨烯氧化物粉末用去離子水進(jìn)行分散，配制濃度為lmg/mL的石墨烯氧化 物分散液，然后將該分散液放入超聲波清洗機(jī)超聲處理使其分散均勻；
[0040] (2)將三維不銹鋼刷完全浸沒(méi)于步驟（1)的石墨烯氧化物分散液中，放入超聲波 清洗機(jī)超聲處理40min，取出后放入烘箱，60°C下陳化24h，得到附著有石墨烯氧化物水溶 膠的三維不銹鋼刷；
[0041] (3)將步驟⑵得到的附著有石墨烯氧化物水溶膠的三維不銹鋼刷立即放入液氮 冷凍lh，然后在真空狀態(tài)下-40°C冷凍干燥處理3天，得到沉積有石墨烯氧化物氣凝膠的三 維不銹鋼刷，將多余的氣凝膠刮除，得到3D石墨烯氧化物氣凝膠修飾的三維不銹鋼刷。
[0042] 實(shí)施例2
[0043] 本實(shí)施例的一種3D石墨烯氧化物氣凝膠修飾的三維電極刷的制備方法，具體制 備步驟如下：
[0044] (1)取石墨烯氧化物粉末用去離子水進(jìn)行分散，配制濃度為3mg/mL的石墨烯氧化 物分散液，然后將該分散液放入超聲波清洗機(jī)超聲處理使其分散均勻；
[0045] (2)將三維不銹鋼刷完全浸沒(méi)于步驟（1)的石墨烯氧化物分散液中，放入超聲波 清洗機(jī)超聲處理lh，取出后放入烘箱，55°C下陳化24h，得到附著有石墨烯氧化物水溶膠的 三維不銹鋼刷；
[0046] (3)將步驟（2)得到的附著有石墨烯氧化物水溶膠的三維不銹鋼刷立即放入液 氮冷凍90min，然后在真空狀態(tài)下-60°C冷凍干燥處理2天，得到沉積有石墨烯氧化物氣凝 膠的三維不銹鋼刷，將多余的氣凝膠刮除，得到3D石墨烯氧化物氣凝膠修飾的三維不銹鋼 刷。
[0047] 實(shí)施例3
[0048] 本實(shí)施例的一種3D石墨烯氧化物氣凝膠修飾的三維電極刷的制備方法，具體制 備步驟如下：
[0049] (1)取石墨烯氧化物粉末用去離子水進(jìn)行分散，配制濃度為5mg/mL的石墨烯氧化 物分散液，然后將該分散液放入超聲波清洗機(jī)超聲處理使其分散均勻；
[0050] (2)將三維不銹鋼刷完全浸沒(méi)于步驟（1)的石墨烯氧化物分散液中，放入超聲波 清洗機(jī)超聲處理lh，取出后放入烘箱，60°C下陳化20h，得到附著有石墨烯氧化物水溶膠的 三維不銹鋼刷；
[0051] (3)將步驟⑵得到的附著有石墨烯氧化物水溶膠的三維不銹鋼刷立即放入液氮 冷凍lh，然后在真空狀態(tài)下冷凍干燥處理3天，得到沉積有石墨烯氧化物氣凝膠的三維不 銹鋼刷，將多余的氣凝膠刮除，得到3D石墨烯氧化物氣凝膠修飾的三維不銹鋼刷。
[0052] 實(shí)施例1?3的3D石墨烯氧化物氣凝膠修飾的三維不銹鋼刷的結(jié)構(gòu)示意圖如圖 1所示，其作為微生物燃料電池陽(yáng)極材料應(yīng)用時(shí)的效果評(píng)價(jià)如下：
[0053] 構(gòu)建微生物燃料電池，如圖2所示，所述微生物燃料電池由電池加液口 1、3D石墨 烯氧化物氣凝膠修飾的三維電極刷制備的電池陽(yáng)極2、離子交換膜3、預(yù)處理石墨氈陰極4、 陽(yáng)極室殼體5、陰極室殼體6、殼體支架電池加液口 7組成，所述預(yù)處理石墨氈陰極的制備方 法如下：
[0054] (1)將石墨氈放入10%質(zhì)量濃度的雙氧水溶液在90°C下水浴煮2h，接著用等體積 的去離子水在同一溫度下水浴煮2h，再用烘箱烘干；
[0055] (2)將石墨毯剪成長(zhǎng)4cmX寬4cm大?。?br> [0056] (3)用鈦絲將石墨氈穿好。
[0057] 微生物燃料電池的具體組裝步驟如下：
[0058] (1)將實(shí)施例得到的3D石墨烯氧化物氣凝膠修飾的三維不銹鋼刷的刷柄鈦絲從 陽(yáng)極殼體小孔由內(nèi)往外穿出，修飾陽(yáng)極平面與陽(yáng)極殼體板平面平行；
[0059] (2)用AB膠將鈦絲與陽(yáng)極殼體小孔粘好，放置大約5分鐘使其固化；
[0060] (3)將預(yù)處理的石墨氈陰極按上述同樣的方法裝入陰極室，再將離子交換膜壓在 陰極室殼體上，接著用陽(yáng)極殼體將陰極殼體、離子交換膜固定住，最后擰上螺紋螺母；
[0061] (4)將50mmol/L的鐵氰化鉀溶液通過(guò)陰極加液孔加入到陰極室中，再用硅膠塞塞 好；
[0062] (5)將乳酸鈉溶液通過(guò)陽(yáng)極加液孔加入到陽(yáng)極室中（電池中乳酸鈉溶液濃度為 10mmol/L)，再加入2mL希瓦氏純菌，最后加入pH = 8. 0的磷酸緩沖溶液，再用娃膠塞塞好， 步驟（4)和（5)的操作均在無(wú)菌工作臺(tái)上進(jìn)行。
[0063] 在上述微生物燃料電池的外電路中接上1000Ω的電阻，運(yùn)行微生物燃料電池，接 上數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行采集數(shù)據(jù)，設(shè)置采集數(shù)據(jù)間隔為5分鐘采集一次。待到電池電壓達(dá)到穩(wěn) 定時(shí)，電池啟動(dòng)成功。通過(guò)采用間歇循環(huán)測(cè)試法（Fed-batch Cycle Test Method)測(cè)試功 率密度，分別在1000、500、200、100、50、25歐姆電阻下分別記錄一個(gè)完整的1^(：間歇式循環(huán) 達(dá)到最大的穩(wěn)定電壓，將實(shí)施例1?3的3D石墨烯氧化物氣凝膠修飾的三維不銹鋼刷與未 修飾的不銹鋼刷（對(duì)比組）進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如圖3所示，由圖3可以看出，由實(shí)施例1?3 制備的3D石墨烯氧化物氣凝膠修飾的不銹鋼刷陽(yáng)極的相對(duì)陰極電極投影面積的最大功率 密度分別為182. 7mW/m2、268. 3mW/m2和375. 8mW/m2,此時(shí)未修飾的不銹鋼刷陽(yáng)極最大功率 密度僅為21. 5mW/m2,實(shí)施例1?3制備的3D石墨烯氧化物氣凝膠修飾的三維不銹鋼刷陽(yáng) 極分別是未經(jīng)修飾不銹鋼刷陽(yáng)極的8. 5倍、12. 5倍和17. 5倍。
[0064] 實(shí)施例1?3的3D石墨烯氧化物氣凝膠修飾的三維不銹鋼刷作為微生物燃料電 池陽(yáng)極材料應(yīng)用時(shí)，長(zhǎng)期運(yùn)行測(cè)定電池的穩(wěn)定性，記錄不同MFC在不同換液循環(huán)（給MFC的 陽(yáng)極室更換基液，加乳酸鈉）中的最大功率密度，并與未修飾的不銹鋼刷（對(duì)比組）進(jìn)行對(duì) t匕，結(jié)果如圖4所示。由圖4可以看出：在MFC開始運(yùn)行的前十個(gè)循環(huán)內(nèi)，3D石墨烯氧化物 氣凝膠修飾的三維不銹鋼刷電極電池的功率密度上升很快，而在接下來(lái)的十個(gè)循環(huán)內(nèi)上升 放緩，到第19個(gè)周期時(shí)功率密度為最大值。這是因?yàn)樵贛FC的啟動(dòng)階段，陽(yáng)極室內(nèi)微生物 處于成長(zhǎng)期，逐漸適應(yīng)MFC環(huán)境，快速增殖，所以功率密度快速提高。而陽(yáng)極上生物膜增長(zhǎng) 隨著循環(huán)的增加逐漸放緩，直到在陽(yáng)極活性表面上完全成型，此時(shí)陽(yáng)極活性最高，隨后保持 穩(wěn)定。從接下來(lái)22個(gè)循環(huán)的MFC性能看出3D石墨烯氧化物氣凝膠修飾的三維不銹鋼刷電 極電池功率密度沒(méi)有明顯下降，具有較好的循環(huán)穩(wěn)定性。而未修飾的不銹鋼刷電極電池在 前十個(gè)循環(huán)內(nèi)功率密度不斷下降，隨后保持相對(duì)穩(wěn)定。
[0065] 上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的 限制，其它的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化， 均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種3D石墨烯氧化物氣凝膠修飾的三維電極刷的制備方法，其特征在于包括以下 操作步驟： (1) 取石墨烯氧化物粉末用去離子水進(jìn)行分散，配制濃度為1?5mg/mL的石墨烯氧化 物分散液，然后將該分散液放入超聲波清洗機(jī)超聲處理使其分散均勻； (2) 將三維電極刷完全浸沒(méi)于步驟（1)的石墨烯氧化物分散液中，放入超聲波清洗機(jī) 超聲處理40?80min，取出后放入烘箱，55?60°C下陳化20?24h，得到附著有石墨烯氧 化物水溶膠的三維電極刷； (3) 將步驟（2)得到的附著有石墨烯氧化物水溶膠的三維電極刷立即放入液氮冷凍 60?90min，然后在真空狀態(tài)下-40?-60°C冷凍干燥處理2?3天，得到沉積有石墨烯氧 化物氣凝膠的三維電極刷，將多余的氣凝膠刮除，得到3D石墨烯氧化物氣凝膠修飾的三維 電極刷。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種3D石墨烯氧化物氣凝膠修飾的三維電極刷的制備方法， 其特征在于：所述的三維電極刷為帶有鈦絲絞線刷柄的三維不銹鋼刷或三維石墨刷；三維 電極刷的尺寸為直徑為2cm，長(zhǎng)度為4cm，刷柄尺寸為直徑3mm，長(zhǎng)度為3cm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種3D石墨烯氧化物氣凝膠修飾的三維電極刷的制備方法， 其特征在于：所述的三維電極刷為經(jīng)過(guò)預(yù)處理的不銹鋼刷，所述預(yù)處理方法為：將三維不 銹鋼刷完全浸沒(méi)在無(wú)水乙醇中，超聲清洗30min除去不銹鋼刷表面的有機(jī)物，取出后用去 離子水沖洗，再浸沒(méi)在去離子水中超聲清洗30min，預(yù)處理完成后放入烘箱45°C烘干備用。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種3D石墨烯氧化物氣凝膠修飾的三維電極刷的制備方法， 其特征在于：所述的石墨烯氧化物粉末通過(guò)下述制備方法制備得到： (1) 將360mL濃H2S04和40mL濃Η3Ρ04混合后加入到3. 0g石墨薄片和18. 0g ΚΜη04的 混合物中，然后加熱至50°C攪拌12h，冷卻至室溫后傾入400mL冰水和3mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30% 的過(guò)氧化氫中，得到混合液； (2) 將步驟（1)的混合液用金屬篩篩選，然后通過(guò)聚酯纖維過(guò)濾得到濾液，去除未參與 反應(yīng)的石墨薄片； (3) 將步驟（2)的濾液在4000rpm轉(zhuǎn)速下離心分離4h，將上清液漥析，剩余的固體物料 依次用2001^的水，20011^30%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的!1(：1水溶液和2001^的乙醇洗滌2次，每次洗滌 后混合物均通過(guò)金屬篩篩選并用聚酯纖維過(guò)濾，濾液在4000rpm轉(zhuǎn)速下離心分離4h，將上 清液潷析，得到固體物料； (4) 將步驟（3)的固體物料加入200mL乙醚混凝，產(chǎn)生的絮凝物通過(guò)孔徑0. 45μπι PTFE 膜過(guò)濾，所得的固體物質(zhì)在室溫下真空干燥整夜，得到石墨烯氧化物粉末。
5. -種3D石墨烯氧化物氣凝膠修飾的三維電極刷，其特征在于：通過(guò)權(quán)利要求1?4 任一項(xiàng)所述的制備方法制備得到。
6. 權(quán)利要求5所述的一種3D石墨烯氧化物氣凝膠修飾的三維電極刷在微生物燃料電 池陽(yáng)極材料中的應(yīng)用。
【文檔編號(hào)】H01M4/86GK104157884SQ201410371362
【公開日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年7月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月30日
【發(fā)明者】馮春華, 楊曉雙, 曾旭輝, 李晨晨, 呂志盛, 韋朝海 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)