[发明专利]石墨烯负载空心碳球复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石墨烯负载空心碳球复合材料的制备方法，属于石墨烯复合材料的制备方法技术领域。

背景技术

21世纪以来，为了解决日益严峻的能源和环境问题，开发可持续清洁能源以及先进的能量储存技术是一个巨大的挑战。超级电容器(又称电化学电容器)作为一种新型的电能存储器件，相比于传统的平行板电容器，能提供高几个数量级的能量密度，同时又比电池有更大的功率密度以及更好的循环性。因此，近年来受到科学家的高度关注和广泛研究。通常认为，电极材料对超级电容器的性能中起到非常重要的作用。根据其在储能过程中所依据机理的不同，超级电容器主要分为膺电容超级电容器和双电层超级电容器。膺电容超级电容器是依据电极材料在充放电的过程中会发生快速可逆的化学反应来进行能量的存储和转化，所用电极材料主要以比电容较大的金属氧化物和导电聚合物为主，这些电极材料虽然具有较高的能量密度，但导电性较差，造成超级电容器的循环稳定性较差。双电层超级电容器通过在电极上富集离子来储存电荷并实现能量转化，电极材料主要采用比表面积大的活性炭、碳气凝胶、石墨烯等碳材料，因此其循环性能较好。但是，双电层超级电容器采用的电极活性材料一般其比电容值相对较低，且导电性较差，导致超级电容器的能量密度偏低，限制了其发展。由于双电层电容的容量很大程度上取决于电极材料的比表面积，因此，为了提高双电层电容的比容量，人们常常寄希望于改良材料的比表面积。已有研究表明，空心结构的碳材料可大幅提高其比表面积，石墨烯具有优异的导电性和比表面积。因此，将多孔碳材料和石墨烯结合作为超级电容器电极材料能够发挥更优异的电容性能。目前，尽管在石墨烯-空心碳电极材料的合成方面取得了一定的进展，但是，在制备这些材料的过程中经常会使用昂贵的实验仪器，或釆用严苛、复杂、以及费时的反应路线，这些问题极大地限制了其实际应用。因而，迫切地需要环保、简单、易于实际应用的合成方法来制备具有优良的电容性能的石墨烯-空心碳复合材料。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，进而提供一种石墨烯负载空心碳球复合材料的制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种石墨烯负载空心碳球复合材料的制备方法，

步骤一、氧化石墨预氧化

将100～120mL浓H₂SO₄在冰浴条件下加入到250mL圆底烧瓶中，然后在冰浴条件下将2～2.5g K₂S₂O₈与2～2.5g P₂O₅在搅拌条件下缓慢加入浓H₂SO₄中，再将2～3g鳞片石墨加入圆底烧瓶中，K₂S₂O₈与P₂O₅全部溶解之后，将圆底烧瓶转移至60～100℃油浴锅中反应4～8h并不断搅拌，反应结束后，将混合液缓慢注入1000mL蒸馏水中稀释并抽滤，产物用蒸馏水洗涤至中性，并于50～100℃干燥箱中干燥6～24h，制成预氧化石墨粉，备用。

步骤二、氧化石墨的制备

将1～3g预氧化石墨粉加入50～100mL浓硫酸中溶解，再将5～10g KMnO₄缓慢加入烧瓶中，将此混合物于冰浴条件下反应2～4h，转移至30～50℃反应2～24h，然后在冰浴条件下向混合物中滴加60～100mL蒸馏水，待蒸馏水滴加完成后，将烧瓶转移至80～98℃条件下反应15～60分钟，将溶液稀释至500～1000mL，加入6～12mL 30％H₂O₂，溶液变为金黄色，将溶液静置沉淀，倒去上清液，沉淀用5％～10％盐酸洗涤三次，再用蒸馏水洗涤至中性，于50～80℃真空干燥箱中干燥12～24h，得到氧化石墨粉末。

步骤三、间苯二酚/甲醛@SiO₂前驱体的制备