CN105226243B - 氧化石墨烯嵌硅纳米线复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于锂离子电池负极材料领域，提供了一种氧化石墨烯嵌硅纳米线复合材料及其制备方法。所述氧化石墨烯嵌硅纳米线复合材料包括改性氧化石墨烯、硅纳米线和碳包覆层，其中，所述改性氧化石墨烯为表面含有催化剂的氧化石墨烯，且所述硅纳米线通过所述催化剂诱导沉积在所述氧化石墨烯表面，所述碳包覆层包覆在所述硅纳米线表面。

Description

氧化石墨烯嵌硅纳米线复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于锂离子电池负极材料领域，尤其涉及一种氧化石墨烯嵌硅纳米线复合材料及其制备方法。
背景技术
随着科技的发展，环境问题日益引起社会的重视，绿色环保的交通工具日渐受到人们的青睐，进而推动了电动汽车及储能电池组的快速发展。锂离子电池作为主流储能工具，传统的，主要以石墨体系作为负极活性材料，此类活性材料具有优异的电化学性能。然而，由于石墨类负极体系的理论比容量仅为372mAh/g，难以满足市场对大容量、高功率电源的需求，因此开发出一种高比容量、优异倍率性能、循环性能的负极材料成为发展的趋势。
在新型负极材料的研究方面，主要由硅基材料、锡基材料、合金材料、氮化物以及氧化物材料等。其中，由于硅与锂反应生成的Li22Si5合金，理论容量高达4200mAh/g，为传统碳负极材料的11倍，远大于金属锂的容量，因而成为现阶段的研究热点。但是，硅基材料在作为负极活性材料使用时，由于在嵌脱锂的过程中硅体积的膨胀、收缩，其产生的机械应力容易造成材料结构的破坏和机械粉化，进而导致比容量迅速衰减，电池循环性能变差。为了解决上述问题，并充分利用硅材料高容量的优势，研究人员采用了多种方法来解决硅材料在循环过程中的膨胀问题，一方面，严格限制材料中的硅含量，使其含量限定在所述负极材料总质量的5～10％，从而使得材料膨胀在可接受的范围内，这样却无法发挥硅的容量优势(4200mAh/g)，市场上通过该方法获得的硅碳负极产品容量大多为450mAh/g左右；另一方面，改变硅的存在形式，制备复合结构。在硅的存在形式方面，人们制备了硅纳米颗粒、纳米薄膜、纳米线等；在复合结构方面常采用的是硅表面的包覆，通常采用各种形式的碳包覆。但相关研究结果表明硅纳米颗粒、薄膜这种结构制备的硅碳复合材料在经过长时间的循环后，硅材料的膨胀仍能够造成结构的破坏，降低电池的循环性能，所以这些措施只能在一定程度上能够限制硅材料的膨胀或者为膨胀提供有效的空间，不能从根本上改善硅基负极材料的体积膨胀问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种容量高、循环性能好的氧化石墨烯嵌硅纳米线复合材料，旨在解决现有含硅负极材料在循环过程产生严重的体积膨胀，造成材料粉化严重、电接触变差，进而使电池的高循环性能和高比容量不可兼得的问题。
本发明的另一目的在于提供一种氧化石墨烯嵌硅纳米线复合材料的制备方法。
本发明是这样实现的，一种氧化石墨烯嵌硅纳米线复合材料，所述氧化石墨烯嵌硅纳米线复合材料包括改性氧化石墨烯、硅纳米线和碳包覆层，其中，所述改性氧化石墨烯为表面含有催化剂的氧化石墨烯，且所述硅纳米线通过所述催化剂诱导沉积在所述氧化石墨烯表面，所述碳包覆层包覆在所述硅纳米线表面。
以及，一种氧化石墨烯嵌硅纳米线复合材料的制备方法，包括以下步骤：
氧化石墨烯预处理：采用热蒸发或磁控溅射的方法在氧化石墨烯表面沉积催化剂，获得改性氧化石墨烯；
硅纳米线沉积：将所述改性氧化石墨烯置于密闭设备中，在负压条件下通入硅源和氢气，对所述改性氧化石墨烯进行沉积处理，获得表面沉积有硅纳米线的改性氧化石墨烯；
碳包覆：通入碳源，在常压条件下对所述硅纳米线进行沉碳处理，得到氧化石墨烯嵌硅纳米线复合材料。
本发明提供的氧化石墨烯嵌硅纳米线复合材料，将所述硅纳米线通过催化剂沉积在所述氧化石墨烯表面，再在所述硅纳米线表面包覆碳包覆层，从而形成双重缓冲结构。所述硅纳米线表面包覆碳层可以吸收硅体积变化产生的应力，可以限制或者缓冲电化学过程中硅的体积变化，防止硅粉化造成硅直接与电解液接触在硅表面形成不稳定的SEI膜，降低电极材料的循环性能；电化学过程总硅纳米线膨胀反映氧化石墨烯的片层结构的在二维方向上，石墨烯片片层结构能发生弹性变化吸收膨胀产生的应力，不会造成复合材料的结构改变影响材料的循环性能。此外，本发明氧化石墨烯具有较大的比表面积(700m2/g)，通过表面诱导在其表面生长大量的硅纳米线，制备的硅碳复合材料具有高的比容量(大于2500mAh/g)及良好的循环性能。
本发明提供的氧化石墨烯嵌硅纳米线复合材料的制备方法，只需经过氧化石墨烯预处理、硅纳米线沉积和碳包覆的步骤即可实现，该方法简单易操作，易于实现产业化；且通过该方法制备的氧化石墨烯嵌硅纳米线复合材料，具有高的比容量(大于2500mAh/g)及良好的循环性能。
附图说明
图1是本发明实施例1提供的氧化石墨烯嵌硅纳米线复合材料循环前后状态示意图；
图2是本发明实施例1提供的氧化石墨烯嵌硅纳米线复合材料X射线衍射分析曲线；
图3是本发明实施例2提供的氧化石墨烯嵌硅纳米线复合材料样品首次充放电曲线图；
图4是本发明实施例3提供的氧化石墨烯嵌硅纳米线复合材料复合材料形貌图；
图5是本发明实施例4提供的氧化石墨烯表面单根硅纳米线TEM表征图。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供了一种氧化石墨烯嵌硅纳米线复合材料，所述氧化石墨烯嵌硅纳米线复合材料包括改性氧化石墨烯、硅纳米线和碳包覆层，其中，所述改性氧化石墨烯为表面含有催化剂的氧化石墨烯，且所述硅纳米线通过所述催化剂诱导沉积在所述氧化石墨烯表面，所述碳包覆层包覆在所述硅纳米线表面。
具体的，本发明实施例中，所述硅纳米线通过所述催化剂沉积在所述氧化石墨烯表面，所述碳包覆层进一步包覆在所述硅纳米线表面。
本发明实施例中，所述氧化石墨烯、硅纳米线和碳包覆层的质量比优选为(1-5)：(8-15)：(0.5-5)。该优选的氧化石墨烯、硅纳米线和碳包覆层的质量比，在该比例范围的氧化石墨烯嵌硅纳米线复合材料充分利用了所述氧化石墨烯具有较大比表面积的特性，能够在单位面积上沉积较多的所述硅纳米线，又保证了所述硅纳米线之间存在一定的间隙，预留了一部分膨胀空间；另外，所述硅纳米线表面所述碳包覆层能够有效为硅在电化学过程中体积效应提供一定的缓冲空间，减少硅粉化引起的接触电阻的增加，而且碳导电性后包覆后电场分布更均匀，能够降低极化引起的过电位。然而，过量的碳包覆会造成材料比容量降低，不利于发挥硅的容量优势。
为了在氧化石墨烯表面沉积硅纳米线，使得所述硅纳米线在氧化石墨烯表面生长，需要对所述氧化石墨烯进行改性处理以获得改性氧化石墨烯。所述改性氧化石墨烯为表面含有催化剂的氧化石墨烯。作为优选实施例，所述催化剂为Ti、Au、Pt、Co、Ni、Fe等中的至少一种。该优选的催化剂，能够较好地沉积在所述氧化石墨烯的表面，诱导所述硅纳米线在所述氧化石墨烯的表面大量、无序地沉积。
对所述硅纳米线表面进行碳包覆可以有效阻止硅材料直接与电解液相接触，在循环过程不断形成SEI膜。作为优选实施例，所述碳包覆层厚度为2-5nm。
本发明实施例中，所述硅纳米线直径为30-50nm，长度1-2μm。
本发明实施例提供的氧化石墨烯嵌硅纳米线复合材料，将所述硅纳米线通过催化剂沉积在所述氧化石墨烯表面，再在所述硅纳米线表面包覆碳包覆层，从而形成双重缓冲结构。所述硅纳米线表面包覆碳层可以限制或者缓冲电化学过程中硅的体积变化，防止硅粉化造成硅与石墨烯失去电接触，降低电极材料的循环性能；电化学过程中硅纳米线膨胀反映在氧化石墨烯的片层结构的二维方向上，石墨烯片片层结构能发生弹性变化吸收膨胀产生的应力，不会造成复合材料的结构改变影响材料的循环性能。此外，由于本发明实施例所述氧化石墨烯具有较大的比表面积(700m2/g)，在其表面诱导生长大量的硅纳米线，使得制备的硅碳复合材料具有高的比容量(大于2500mAh/g)，从而使得本发明实施例提供的氧化石墨烯嵌硅纳米线复合材料，在保证高比容量的同时，兼具良好的循环性能。
本发明实施例提供的氧化石墨烯嵌硅纳米线复合材料，可以通过下述方法制备获得。
相应的，本发明实施例还提供了一种氧化石墨烯嵌硅纳米线复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S01.氧化石墨烯预处理：采用热蒸发或磁控溅射的方法在氧化石墨烯表面沉积催化剂，获得改性氧化石墨烯；
S02.硅纳米线沉积：将所述改性氧化石墨烯置于密闭设备中，在负压条件下通入硅源和氢气，对所述改性氧化石墨烯进行沉积处理，获得表面沉积有硅纳米线的改性氧化石墨烯；
S03.碳包覆：通入碳源，在常压条件下对所述硅纳米线进行沉碳处理，得到氧化石墨烯嵌硅纳米线复合材料。
具体的，上述步骤S01中，为了提高在氧化石墨烯表面沉积催化剂的效果，在所述氧化石墨烯预处理步骤前，将所述氧化石墨烯进行干燥处理。所述干燥处理可采用100-300℃的条件进行，干燥处理的时间为50-70min，更优选为60min。
在氧化石墨烯表面沉积催化剂，所述催化剂可为Ti、Au、Pt、Co、Ni、Fe等中的至少一种，沉积的方式采用热蒸发或磁控溅射的方法实现。具体的，溅射或蒸镀时间为0.5-5min。
上述步骤S02中，所述硅纳米线沉积是本发明实施例的重要步骤，该步骤对氧化石墨烯嵌硅纳米线复合材料的性能有着重要影响。本发明实施例中，将所述改性氧化石墨烯置于密闭设备中，所述密闭设备优选采用管式炉。
为了防止通过所述密闭设备如管式炉中的硅源气体与空气分解发生爆炸并降低沉硅效率，需对所述沉积处理的系统进行洗气处理。所述洗气处理的气体为不与所述硅源发生反应的气体，优选采用惰性高纯气体，具体的，其纯度大于99.99％。作为具体实施例，所述洗气气体包括但不限于氩气、氮气、氦气中的至少一种。为了尽可能地充分地替换所述沉积处理系统中的气体，所述吸气次数优选不少于3次。
本发明实施例中，在所述密闭设备中通入硅源气体和氢气。本发明实施例中，合适的所述硅源和氢气比例能够有效降低沉硅中的悬挂键浓度，改善其电学特性。但当氢气的稀释浓度过高时会降低硅纳米线的沉积效率下降较快，并且沉积的硅纳米线趋向从非晶态向晶态转变，而非晶态硅材料具有较优的电化学循环特性。作为优选实施例，所述硅源和氢气的体积比为(1:1)-(1:6)。作为具体实施例，所述硅源气体优选但不限于硅烷、三氯氢硅、二氯氢硅中的至少一种。
本发明实施例中，为了实现所述硅纳米线的均匀生长，必须采用负压条件实现所述沉积处理。作为具体优选实施例，所述负压条件的压力为-0.01Mpa～-0.08Mpa。本发明实施例在温度到达沉硅温度之前调节真空的抽真空速率，使真空度达到硅纳米线沉积时要求的真空度，从而促进所述硅纳米线高效均匀的沉积。
进一步的，所述沉积处理的温度和时间，对所述硅纳米线在所述氧化石墨烯表面的沉积率影响很大，温度过高和/或时间过长，容易导致所述氧化石墨烯表面沉积的所述硅纳米线越粗，形成棒状硅；温度过低和/或时间过短，则容易形成在所述氧化石墨烯表面形成细短的硅纳米线。作为本发明优选实施例，为了达到制备所述氧化石墨烯嵌硅纳米线复合材料的高容量要求(＞2500mAh/g)，所述沉积处理的温度为400-700℃，时间为5-60min。
本发明实施例中，所述装料对所述硅纳米线在所述氧化石墨烯表面的沉积也有一定的影响。作为具体优选实施例，以将所述封闭设备如管式炉炉腔下半部覆盖为最佳，这样满足原料与所述硅源分解产生的硅颗粒进行充分接触，提高硅源利用效率。在所述封闭设备如管式炉炉腔设计方面，优选采用最好有挡料板的封闭设备，能够使原料表面沉积更均匀。
本发明实施例采用氧化石墨烯为基体材料，能够有效缓解在循环过程中硅产生的体积效应；另外，所述氧化石墨烯较大的比表能面积，能够为沉积大量硅纳米线发挥硅的容量优势。
为了进一步提高所述硅纳米线在所述氧化石墨烯的生长效率和均匀性，所述沉积处理优选在转动条件下进行。具体的，所述转速为1-4r/min，该优选的转速条件有利于所述硅纳米线的生长效率和均匀性的提高。
上述步骤S03中，所述硅纳米线表面进行碳包覆以提高硅纳米线的导电性能。本发明实施例所述碳包覆层工艺为当温度升高到沉碳温度时通入一定比例的碳源与氢气，在硅纳米线表面沉积一段时间的碳，以实现所述硅纳米线表面的碳包覆。作为优选实施例，对所述硅纳米线进行沉碳处理的温度为600-900℃，时间为10-120min，具体的，沉积温度可为600℃、650℃、700℃、750℃、800℃、850℃、900℃。进一步的，对所述硅纳米线进行沉碳处理的温度优选为600-800℃。
为了提高沉碳效率并使得碳在所述硅纳米线表面均匀包覆，本发明实施例沉碳过程中在常压系统中进行。进一步的，采用较低转速如1-2r/min的转速来进行沉碳处理，提高沉碳效率和包覆均匀性。作为具体优选实施例，本发明实施例使用的碳源优选包括包括乙炔、乙烯、甲烷中的至少一种，气体纯度大于99.999％。
所述沉碳处理结束后，在惰性保护气氛下进行自然冷却，所述惰性保护气氛包括氩气、氮气、氦气等，且所述惰性保护气氛气流速度不易太大，气流速度过大样品会被吹出炉腔，一般气流低于1000ml/min。当温度降低到室温时取出得到粉状的氧化石墨烯嵌硅纳米线复合材料。
本发明实施例提供的氧化石墨烯嵌硅纳米线复合材料的制备方法，只需经过氧化石墨烯预处理、硅纳米线沉积和碳包覆的步骤即可实现，该方法简单易操作，易于实现产业化；且通过该方法制备的氧化石墨烯嵌硅纳米线复合材料，具有高的比容量(大于2500mAh/g)及良好的循环性能。
下面结合具体实施例进行说明。
实施例1
一种氧化石墨烯嵌硅纳米线复合材料，所述氧化石墨烯嵌硅纳米线复合材料包括改性氧化石墨烯、硅纳米线和碳包覆层，其中，所述改性氧化石墨烯为表面含有催化剂的氧化石墨烯，且所述硅纳米线通过所述催化剂沉积在所述氧化石墨烯表面，所述碳包覆层包覆在所述硅纳米线表面。
所述氧化石墨烯嵌硅纳米线复合材料的制备方法包括：
S11.氧化石墨烯预处理：取氧化石墨烯0.5g放入溅射设备中，靶材为Ti，采用射频电源在真空度为1.4×10-4级时溅射，在基体材料表面沉积少量的Ti作为催化剂，溅射时间为2min；
S12.硅纳米线沉积：将上述经过表面预处理的氧化石墨烯放置于管式炉腔体中，然后封闭两端法兰，抽真空填装氩气进行洗气，炉腔洗气次数为5遍。在流量为300ml/min的氩气氛围保护下对炉腔加热，当温度升高到300℃保温30min对原料进行充分干燥，保温完毕开启真空泵使沉积系统压力保持为-0.02Mpa；继续升高温度到500℃时通入硅烷与氢气的混合气，比例为1︰6，并调节出气针阀抽气速率使真空度为-0.02Mpa，在此真空度情况下沉积硅纳米线60min；
S13.碳包覆：沉硅完毕后通入氩气保持真空泵开启把残余硅烷抽去，然后填充氩气到常压，并保持一定流量，温度升高到750℃时通入乙烯与氢气的混合气在纳米硅线表面沉积碳层实现碳包覆，乙烯与氢气的混合气，比例为2︰1，沉碳时间为1h。完成硅纳米线表面碳包覆后通入氩气进行沉积系统的冷却，待整个系统冷却到40℃以下时把样品取出，得到氧化石墨烯嵌硅纳米线复合材料。
本发明实施例1制备的氧化石墨烯嵌硅纳米线复合材料循环前后状态示意图如附图1所示，由图可见，循环后由于硅纳米线膨胀直径变粗，所述硅纳米线没有发生破碎，与基体材料仍然保持良好的电接触性。
图2对本发明实施例1所制备的样品进行X射线衍射分析，结果如附图2所示，其中线1为氧化石墨烯的衍射分析曲线；线2为沉积硅纳米线和碳包覆层后的样品衍射分析曲线，由图可见，图2出现了明显的硅的衍射峰。
实施例2
一种氧化石墨烯嵌硅纳米线复合材料，所述氧化石墨烯嵌硅纳米线复合材料包括改性氧化石墨烯、硅纳米线和碳包覆层，其中，所述改性氧化石墨烯为表面含有催化剂的氧化石墨烯，且所述硅纳米线通过所述催化剂沉积在所述氧化石墨烯表面，所述碳包覆层包覆在所述硅纳米线表面。
所述氧化石墨烯嵌硅纳米线复合材料的制备方法包括：
S21.氧化石墨烯预处理：取氧化石墨烯0.3g放入溅射设备中，溅射靶材为Au，采用直流电源在真空度为2.1×10-4级时溅射，在氧化石墨烯表面沉积少量的Au作为金属催化剂，溅射时间为1min；
S22.硅纳米线沉积：将表面溅射Au的氧化石墨烯放置于管式炉腔体中，然后封闭两端法兰，抽真空填装氮气进行洗气，炉腔洗气次数为3遍。在流量为500ml/min的氮气氛围保护下对管式炉腔加热，当温度升高到200℃保温60min对原料进行充分干燥，保温完毕开启真空泵使沉积系统压力保持为-0.01Mpa；继续升高温度到550℃时通入硅烷与氢气的混合气，比例为1︰3，并调节出气针阀抽气速率使真空度为-0.03Mpa，在此真空度情况下沉积硅纳米线60min。硅纳米线生长完毕后保持通入氮气保持真空泵开启把残余硅烷和氢气抽去，然后填充氮气到常压，并保持一定流量，温度升高到700℃时通乙烯与氢气的混合气在纳米硅线表面沉积碳层实现碳包覆，乙烯与氢气的混合气，比例为4︰1，沉碳时间为1.5h。
S23.碳包覆：碳包覆后通入氮气进行沉积系统的冷却，待整个系统冷却到80℃以下时把样品取出，得到氧化石墨烯嵌硅纳米线复合材料。
对实施例2制备的氧化石墨烯嵌硅纳米线复合材料样品进行电学性分析，电池循环效果如图3所示，由图可以看出，制备的石墨烯嵌硅纳米线复合材料首次充电容量达到2500mAh/g，效率大于85％，并且经过30周循环后容量保持率仍大于90.1％，说明该材料在高容量下仍具有较好的循环性能。
实施例3
一种氧化石墨烯嵌硅纳米线复合材料，所述氧化石墨烯嵌硅纳米线复合材料包括改性氧化石墨烯、硅纳米线和碳包覆层，其中，所述改性氧化石墨烯为表面含有催化剂的氧化石墨烯，且所述硅纳米线通过所述催化剂沉积在所述氧化石墨烯表面，所述碳包覆层包覆在所述硅纳米线表面。
所述氧化石墨烯嵌硅纳米线复合材料的制备方法包括：
S31.氧化石墨烯预处理：取自产的氧化石墨烯1.0g放入溅射设备中，靶材为Pt，采用射频电源在真空度为4.1×10-4级时溅射，在基体材料表面沉积少量的Pt作为催化剂，溅射时间为2min。
S32.硅纳米线沉积：将上述经过沉积表面Pt预处理的氧化石墨烯放置于管式炉腔体中，然后封闭两端法兰，抽真空填装氦气进行洗气，炉腔洗气次数为8遍。在一定流量为200ml/min的氦气氛围保护下对炉腔加热，当温度升高到、350℃保温30min对原料进行充分干燥，保温完毕开启真空泵使沉积系统压力保持为-0.01Mpa；继续升高温度到520℃时通入硅烷与氢气的混合气，比例为1︰2，并调节出气针阀抽气速率使真空度为-0.01Mpa，在此真空度情况下沉积硅纳米线50min。沉硅完毕后通入氦气保持真空泵开启把残余硅烷抽去，然后填充氦气到常压，并保持一定流量，温度升高到800℃时通入乙烯与氢气的混合气在纳米硅线表面沉积碳层实现碳包覆，乙烯与氢气的混合气，比例为1︰1，沉碳时间为1h。
S33.碳包覆：完成硅纳米线表面碳包覆后通入氩气进行沉积系统的冷却，待整个系统冷却到70℃以下时把样品取出，得到氧化石墨烯嵌硅纳米线复合材料。
对实施例3制备的样品的形貌进行表征，样品形貌如图4所示，从图4可以看出生长的硅纳米线呈现无序排列，硅纳米线长度1～2μm，部分硅纳米线呈现棒状，原因可能为硅纳米线生长时间过长直径增加造成的。
实施例4
一种氧化石墨烯嵌硅纳米线复合材料，所述氧化石墨烯嵌硅纳米线复合材料包括改性氧化石墨烯、硅纳米线和碳包覆层，其中，所述改性氧化石墨烯为表面含有催化剂的氧化石墨烯，且所述硅纳米线通过所述催化剂沉积在所述氧化石墨烯表面，所述碳包覆层包覆在所述硅纳米线表面。
所述氧化石墨烯嵌硅纳米线复合材料的制备方法包括：
S41.氧化石墨烯预处理：取自产的氧化石墨烯0.3g放入溅射设备中，蒸镀的靶材为Ti，采用射频电源在真空度为1.0×10-4级时溅射，在氧化石墨烯材料表面沉积少量的Ti作为催化剂，溅射时间5min；
S42.硅纳米线沉积：将上述表面沉积少量Ti氧化石墨烯放置于管式炉腔体中，然后封闭两端法兰，抽真空填装氩气进行洗气，炉腔洗气次数为5遍。在一定流量为550ml/min的氩气氛围保护下对炉腔加热，当温度升高到200℃保温30min对原料进行充分干燥，保温完毕开启真空泵使沉积系统压力保持为-0.03Mpa；继续升高温度到550℃时通入硅烷与氢气的混合气，比例为1︰4，并调节出气针阀抽气速率使真空度为-0.03Mpa，在此真空度情况下沉积硅纳米线40min。沉硅完毕后通入氩气保持真空泵开启把残余硅烷抽去，然后填充氩气到常压，并保持一定流量，温度升高到800℃时通入乙烯与氢气的混合气在纳米硅线表面沉积碳层实现碳包覆，乙烯与氢气的混合气，比例为3︰1，沉碳时间为1h。
S43.碳包覆：完成硅纳米线表面碳包覆后通入氩气进行沉积系统的冷却，待整个系统冷却到100℃以下时把样品取出，得到氧化石墨烯嵌硅纳米线复合材料。
图5为实施例4制备的样品进行TEM表征的结果图，可以看出制备硅纳米线直径为40nm左右，并且硅纳米线表面包覆碳层厚度为5nm左右。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种氧化石墨烯嵌硅纳米线复合材料，其特征在于，所述氧化石墨烯嵌硅纳米线复合材料包括改性氧化石墨烯、硅纳米线和碳包覆层，其中，所述改性氧化石墨烯为表面含有催化剂的氧化石墨烯，且所述硅纳米线通过所述催化剂诱导沉积在所述氧化石墨烯表面，所述碳包覆层包覆在所述硅纳米线表面，所述氧化石墨烯、硅纳米线和碳包覆层的质量比为(1-5)：(8-15)：(0.5-5)，
所述氧化石墨烯嵌硅纳米线复合材料的制备方法，包括以下步骤：
氧化石墨烯预处理：采用热蒸发或磁控溅射的方法在氧化石墨烯表面沉积催化剂，获得改性氧化石墨烯；
硅纳米线沉积：将所述改性氧化石墨烯置于密闭设备中，在负压条件下通入硅源和氢气，对所述改性氧化石墨烯进行沉积处理，获得表面沉积有硅纳米线的改性氧化石墨烯；
碳包覆：通入碳源，在常压条件下对所述硅纳米线进行沉碳处理，得到氧化石墨烯嵌硅纳米线复合材料。
2.如权利要求1所述的氧化石墨烯嵌硅纳米线复合材料，其特征在于，所述催化剂为Ti、Au、Pt、Co、Ni、Fe中的至少一种。
3.如权利要求1所述的氧化石墨烯嵌硅纳米线复合材料，其特征在于，所述硅纳米线直径为30-50nm，长度1-2μm。
4.如权利要求1-3任一所述的氧化石墨烯嵌硅纳米线复合材料，其特征在于，所述碳包覆层厚度为2-5nm。
5.如权利要求书1所述的氧化石墨烯嵌硅纳米线复合材料，其特征在于，所述硅源和氢气的体积比为(1:1)-(1:6)。
6.如权利要求书1所述的氧化石墨烯嵌硅纳米线复合材料，其特征在于，所述负压条件的压力为-0.01Mpa～-0.08Mpa。
7.如权利要求书1所述的氧化石墨烯嵌硅纳米线复合材料，其特征在于，所述沉积处理的温度为400-700℃，时间为5-60min。
8.如权利要求书1所述的氧化石墨烯嵌硅纳米线复合材料，其特征在于，对所述硅纳米线进行沉碳处理的温度为650-900℃，时间为10-120min。
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