专利名称：一种多孔石墨烯-金属氧化物复合材料及其制备方法
一种多孔石墨烯-金属氧化物复合材料及其制备方法技术领域
本发明属于纳米复合材料领域，是关于一种多孔石墨烯和金属氧化物复合材料及其制备方法，所述的复合材料在电极材料、导电填充材料和催化反应等方面具有潜在的应用价值。
背景技术：
石墨烯作为一种新型二维结构的碳材料,是由Novoselov等人于2004年首次发现的(Novoselov, K.S.；Geim, A.K.；Morozov, S.V.；Jiang, D.；Zhang, Y.；Dubonos, S.V.；Grigorieva, 1.V.；Firsov, A.A.Science2004, 306，666-9)。其特殊的结构使得其具有很多特殊的性能。如较高的理论比表面积，突出的导热性能，优异的力学性能以及超高的强度。石墨烯室温下的电子迁移率远远超过了电子在一般导体中的传导速率，因而在微电子领域的潜在应用空间巨大。近年来出现了关于石墨烯以及石墨烯复合材料应用于锂离子电池负极材料的报道，使得其优异的导电性能在电化学领域的应用也有所发展。
P.Poizot 等(Poizot P., Larue 11 e S., Grugeon S., Nano-s i zedtransition—metal oxides as negative-electrode materials for lithium-1onbatteries [J].NATURE, 2000,407:496-499.)最甲报道了过渡金属 Co、Fe、Ni 等的氧化物对锂离子具有活性，因而可以作为锂离子电池负极材料，之后，过渡金属氧化物较高的可逆容量引起了广泛的关注，出现了大量的相关方面研究的报道。过渡金属(在下式中用M表示)氧化物和锂离子发生的可逆反应可以用下面的反应方程式表示:
权利要求
1.一种多孔石墨烯-金属氧化物复合材料，其特征在于，其以气相化学沉积法制备的多孔石墨烯作为载体，直径为0.5nm至IOOnm的金属氧化物颗粒填充在所述多孔石墨烯的纳米孔道中。
2.如权利要求1所述的多孔石墨烯-金属氧化物复合材料，其特征在于，所述多孔石墨烯由单层或者多层石墨烯结构单元组成，具有孔径为0.1nm至200nm的孔状结构和300m2/g至2000m2/g的比表面积。
3.如权利要求1或2所述的多孔石墨烯-金属氧化物复合材料，其中所述的金属氧化物为选自Fe、Co、N1、Cu、Mn、Zn、T1、Cr、V、Sc、Mo、Al和Mg的金属氧化物,或这些金属氧化物的两种或两种以上氧化物的复合物。
4.如权利要求1至3任一项所述的多孔石墨烯-金属氧化物复合材料，其特征在于:相对于复合材料的总重量，所述多孔石墨烯的重量百分比含量为I至99%，所述金属氧化物的重量百分比含量为99至1%。
5.权利要求1至4任一项所述的多孔石墨烯-金属氧化物复合材料的制备方法，其特征在于，采用离子交换步骤使金属氧化物的前体金属盐组分进入多孔石墨烯的孔结构中，然后利用沉积法或煅烧法得到金属氧化物填充在多孔石墨烯的介孔或微孔中的复合结构。
6.如权利要求5所述的多孔石墨烯-金属氧化物复合材料的制备方法，其中，所述的离子交换步骤包含以下过程: 1)将气相化学沉积法得到的多孔石墨烯与模板剂的复合物加入稀盐酸中，抽滤后得到吸附有氯化物盐溶液的多孔石墨烯； 2)将上述吸附有氯化物盐溶液的多孔石墨烯加入去离子水、乙醇、或去离子水和乙醇混合液中中，进行水热处理，除去多孔石墨烯孔道中的氯化物盐溶液，抽滤得到孔道中吸附有水、乙醇、或水和乙醇的的多孔石墨烯； 3)将孔道中吸附有水、乙醇、或水和乙醇的多孔石墨烯与所述金属氧化物的前体金属盐的水溶液进行水热处理，得到孔道中吸附有金属盐溶液的多孔石墨烯的悬浊液。
7.如权利要求6所述的多孔石墨烯-金属氧化物复合材料的制备方法，其中，所述水热处理的步骤为在10°c至300°C下水热处理10分钟至600分钟。
8.如权利要求7所述的多孔石墨烯-金属氧化物复合材料的制备方法，其在离子交换步骤后，还包括沉积步骤，该沉积步骤为将选自氨水、氢氧化钠、氢氧化钾和尿素中的一种作为沉淀剂，加入到所述多孔石墨烯-金属盐复合物的悬浊液中，或者将所述多孔石墨烯-金属盐复合物的悬浊液 进行抽滤，将得到的滤饼置于氨气气氛中I小时至24小时。
9.如权利要求8所述的多孔石墨烯-金属氧化物复合材料的制备方法，其在沉积步骤后,还包括: 1)将多孔石墨烯-金属盐复合物的悬浊液进行抽滤，得到复合物滤饼，然后， 2)将复合物滤饼于30°C至200°C下空气中烘干，最后， 3)在氩气气氛中于200°C至1000°C煅烧0.5小时至6小时。
10.如权利要求5至9任一项所述的多孔石墨烯-金属氧化物复合材料的制备方法，其中所述的金属盐为选自硫酸铁、硫酸钴、硫酸镍、硫酸铜、高锰酸钾、硫酸锌、硫酸铝、硫酸镁、硫酸锰、乙酸铬、乙酸钛、乙酸矾、乙酸钪、硝酸铁、硝酸钴、硝酸镍、硝酸铜、硝酸锌、硝酸铝、硝酸镁、硝酸锰、钥酸钠、钥酸铵、氯化铁、氯化亚铁、氯化钴、氯化镍、氯化铜、氯化锌、氯化铝、氯化锰和氯化镁之中的`一种或者一种以上金属盐。
全文摘要
本发明属于复合材料领域，公开了一种多孔石墨烯-金属氧化物复合材料及其制备方法。该材料的特征在于，其以气相化学沉积法制备的多孔石墨烯作为载体，直径为0.5nm至100nm的金属氧化物颗粒填充在所述多孔石墨烯的纳米孔道中。该制备方法的特征在于首先采用离子交换过程使金属盐组分进入多孔石墨烯的孔结构中，然后利用沉积法或煅烧法得到金属氧化物填充在多孔石墨烯的介孔或微孔中的复合结构。这种复合材料在锂离子电池、超级电容器、导电填充材料和多相催化等方面具有潜在的应用价值。
文档编号H01M4/48GK103137957SQ20131006172
公开日2013年6月5日 申请日期2013年2月27日 优先权日2013年2月27日
发明者宁国庆, 朱晓, 高金森 申请人:中国石油大学(北京)