CN106315539A - 石墨烯复合材料及其制备太阳能电池正极的方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种石墨烯复合材料及其制备太阳能电池正极的方法和应用，石墨烯包覆层、纳米衍生层，所述正极活性材料层外表面包覆有三维立体结构的石墨烯包覆层，石墨烯包覆层上采用溶剂热法复合上纳米衍生层。三维立体结构的石墨烯包覆层是通过以泡沫铜为金属模板骨架，利用化学气相沉积法使石墨烯生长在泡沫铜骨架之上，并通过湿法腐蚀转移到正极活性材料外表面上。三维立体结构的石墨烯片层使包覆更连续且稳定不易脱落，使正极与液态电解质形成了“面对点”的导电模式，能更好地形成导电网络。
Description
技术领域
本发明涉及一种石墨烯制备方法，具体说是一种石墨烯和石墨烯氧化物复合物的制备方法。
背景技术
石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料。是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，是只有一个碳原子厚度的二维材料。
石墨烯在常温下其电子迁移率超过15000cm2/V·s，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约10-8Ω·m，比铜或银更低，因其电阻率极低，电子迁移的速度极快，并且由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体，也适合用来制造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池。
石墨烯具有良好的化学稳定性、优异的导电性和机械柔性，用于对电极材料改性，可制备高导电复合材料，提高电化学性能，特别是倍率性能。石墨烯薄片可缓冲金属或金属氧化物负极材料在充放电过程中的体积效应，提高电子导电性，以石墨烯/金属(金属氧化物)复合材料作为电池正极，倍率性能和循环性能可得到改善。
目前制备石墨烯的方法主要有：(1)机械剥离法，(2)热膨胀石墨法，(3)化学气相沉积法，(4)电解法。(5)氧化石墨烯还原法。
目前制备石墨烯-金属氧化物的复合材料的方法主要有：(1)喷雾热分解沉积法，(2)微波照射/辐射方法，(3)喷墨印刷术法，(4)分子嫁接方法，(5)水热法。
目前的水热法中，还存在以下不足，合成的复合物中出现了金属氧化物颗粒严重团聚，石墨烯发生团聚，从而金属氧化物颗粒不能再石墨烯表面出现均匀的分布，制备的颗粒大小不均一等问题，影响了其性能。因此，有必要提供一种石墨烯与金属氧化物均匀复合的有效方法。
发明内容
针对上述情况，本发明提供一种石墨烯和石墨烯氧化物复合物的制备方法，克服现有技术制备石墨烯时，石墨烯易团聚、金属氧化物颗粒易团聚，两者分散不均匀，颗粒大小不均一的问题。提供了一种采用水体系，且反应温和、工艺简单、成本低廉的石墨烯的制备方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
石墨烯和石墨烯氧化物复合物的制备方法，包括以下步骤：
A将儿茶酚或儿茶酚衍生物溶解于溶剂中得到质量浓度为0.1g/ml的儿茶酚或其衍生物溶液；
B将氧化石墨烯研磨成粉体，称取一定量氧化石墨烯粉加入到儿茶酚或其衍生物的溶液中，磁力搅拌分散均匀；
C将步骤B中制得的溶液超声分散1h，将分散液转入高压反应釜中；
D将高压反应釜置于150℃水浴下水热反应14h；
E将样品过滤，水洗，真空干燥，得到石墨烯。
步骤A中所述的儿茶酚衍生物为多巴胺、α-甲基多巴胺、二羟基苯丙氨酸之一；所述的溶剂为水、甲醇、乙醇、异丙醇、甲酸、乙酸中的一种或几种。
步骤B中所述的氧化石墨烯与儿茶酚或其衍生物的质量比为1∶0.5～1∶10。一种采用以上石墨烯制备石墨烯-氧化物复合物的方法，包括以下步骤：
一、称取一定量的氧化物前驱体，溶解于溶剂中得到质量浓度为0.2～0.3g/ml氧化物前驱体溶液，将上述制所得的石墨烯研磨成粉体，称取一定量的石墨烯粉体；
二、将称量好的石墨烯粉加入氧化物前驱体溶液中，搅拌混合均匀，超声分散1～4h，然后将分散液转入到高压反应釜中，将高压反应釜置于150～200℃水浴下水热反应12～72h，将样品抽滤，无水乙醇洗涤，真空干燥，得到石墨烯-氧化物复合物。
步骤一中所述的氧化物为ZrO2、TiO2、SiO2、SnO2、MnO2、Co3O4或NiO之一。
步骤二中所述的氧化物前驱体为五水合硝酸锆、八水合氧氯化锆、异丙醇锆和锆酸四丁酯，正硅酸乙酯、乙烯基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷，钛酸四丁酯、四氯化钛、硝酸钛，四氯化锡、草酸亚锡，醋酸锰、 硫酸锰，二氯化钴、硝酸钴，氢氧化镍之一。
步骤一中所述的溶剂为水、乙醇、异丙醇中的任意一种或几种。
所述的石墨烯和氧化物前驱体的质量比为1∶5～1∶90。
本发明的优点是：利用儿茶酚及其衍生物中的羟基容易与氧化石墨烯上的羟基、羧基作用，使儿茶酚及其衍生物的苯环与氧化石墨烯之间形成共轭，从而能使氧化石墨烯在水热的环境下出现层层剥离，制备得到还原反应充分、比较薄的、且透明性好的石墨烯。儿茶酚及其衍生物采用水体系制备石墨烯，反应温和，耗能较低，产量较高，而且反应充分，避免了使用毒性大的有机溶剂。制备的石墨烯氧化物纳米颗粒大小均匀且均匀的分散在石墨烯上。制备的石墨烯氧化物复合物性能优良，可以广泛的应用于锂离子电池，超级电容器和电化学传感等领域。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
在图中：1-正极活性材料层，2-石墨烯包覆层，3-纳米衍生层。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
石墨烯和石墨烯氧化物复合物的制备方法，包括以下步骤：
A将儿茶酚或儿茶酚衍生物溶解于溶剂中得到质量浓度为0.1g/ml的儿茶酚或其衍生物溶液；
B将氧化石墨烯研磨成粉体，称取一定量氧化石墨烯粉加入到儿茶酚或其衍生物的溶液中，磁力搅拌分散均匀；
C将步骤B中制得的溶液超声分散1h，将分散液转入高压反应釜中；
D将高压反应釜置于150℃水浴下水热反应14h；
E将样品过滤，水洗，真空干燥，得到石墨烯。
步骤A中所述的儿茶酚衍生物为多巴胺、α-甲基多巴胺、二羟基苯丙氨酸之一；所述的溶剂为水、甲醇、乙醇、异丙醇、甲酸、乙酸中的一种或几种。
步骤B中所述的氧化石墨烯与儿茶酚或其衍生物的质量比为1∶0.5～1∶10。一种采用以上石墨烯制备石墨烯-氧化物复合物的方法，包括以下步骤：
一、称取一定量的氧化物前驱体，溶解于溶剂中得到质量浓度为0.2～0.3g/ml氧化物前驱体溶液，将上述制所得的石墨烯研磨成粉体，称取一定量的石墨烯粉体；
二、将称量好的石墨烯粉加入氧化物前驱体溶液中，搅拌混合均匀，超声分散1～4h，然后将分散液转入到高压反应釜中，将高压反应釜置于150～200℃水浴下水热反应12～72h，将样品抽滤，无水乙醇洗涤，真空干燥，得到石墨烯-氧化物复合物。
步骤一中所述的氧化物为ZrO2、TiO2、SiO2、SnO2、MnO2、Co3O4或NiO之一。
步骤二中所述的氧化物前驱体为五水合硝酸锆、八水合氧氯化锆、异丙醇锆和锆酸四丁酯，正硅酸乙酯、乙烯基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷，钛酸四丁酯、四氯化钛、硝酸钛，四氯化锡、草酸亚锡，醋酸锰、硫酸锰，二氯化钴、硝酸钴，氢氧化镍之一。
步骤一中所述的溶剂为水、乙醇、异丙醇中的任意一种或几种。
所述的石墨烯和氧化物前驱体的质量比为1∶5～1∶90。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (6)
1.一种石墨烯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A将儿茶酚或儿茶酚衍生物溶解于溶剂中得到质量浓度为0.1g/ml的儿茶酚或其衍生物溶液；
B将氧化石墨烯研磨成粉体，称取一定量氧化石墨烯粉加入到儿茶酚或其衍生物的溶液中，磁力搅拌分散均匀；
C将步骤B中制得的溶液超声分散1h，将分散液转入高压反应釜中；
D将高压反应釜置于150℃水浴下水热反应14h；
E将样品过滤，水洗，真空干燥，得到石墨烯。
2.根据权利要求1所述的石墨烯的制备方法，其特征在于，所述的儿茶酚衍生物为多巴胺、α-甲基多巴胺、二羟基苯丙氨酸之一；所述的溶剂为水、甲醇、乙醇、异丙醇、甲酸、乙酸中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的石墨烯的制备方法，其特征在于，所述的氧化石墨烯与儿茶酚或其衍生物的质量比为1∶0.5～1∶10。
4.一种制备石墨烯-氧化物复合物的方法，包括以下步骤：
一、称取一定量的氧化物前驱体，溶解于溶剂中得到质量浓度为0.2～0.3g/ml氧化物前驱体溶液，将上述制所得的石墨烯研磨成粉体，称取一定量的石墨烯粉体；
二、将称量好的石墨烯粉加入氧化物前驱体溶液中，搅拌混合均匀，超声分散1～4h，然后将分散液转入到高压反应釜中，将高压反应釜置于150～200℃水浴下水热反应12～72h，将样品抽滤，无水乙醇洗涤，真空干燥，得到石墨烯-氧化物复合物。
5.根据权利要求4所述的制备石墨烯-氧化物复合物的方法，其特征在于，步骤一中所述的氧化物为ZrO2、TiO2、SiO2、SnO2、MnO2、Co3O4或NiO之一。
6.根据权利要求4所述的制备石墨烯-氧化物复合物的方法，其特征在于，步骤二中所述的氧化物前驱体为五水合硝酸锆、八水合氧氯化锆、异丙醇锆和锆酸四丁酯，正硅酸乙酯、乙烯基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷，钛酸四丁酯、四氯化钛、硝酸钛，四氯化锡、草酸亚锡，醋酸锰、硫酸锰，二氯化钴、硝酸钴，氢氧化镍之一。
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|---|---|---|---|---|
| CN107819117A (zh) * | 2017-09-27 | 2018-03-20 | 北京理工大学 | 一种氧化物改性的柔性复合硫正极材料及制备方法 |
| CN110615432A (zh) * | 2019-10-25 | 2019-12-27 | 菲大装配式建筑工程(重庆)有限责任公司 | 一种石墨烯浆料及其制备方法和一种石墨烯加气混凝土 |
| WO2021139007A1 (zh) * | 2020-01-10 | 2021-07-15 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 阳离子多巴胺功能化石墨烯水性防腐涂料、其制法与应用 |
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