[发明专利]一种富边缘石墨烯-金属复合电极材料的制备方法及复合电极材料

说明书

本发明公开了一种富边缘石墨烯‑金属复合电极材料的制备方法及复合电极材料，所述制备方法包括：将石墨烯生长在金属基底上，其中，所述金属基底包含由两种催化生长石墨烯能力不同的金属所构成，石墨烯的边缘在两种金属的界面处形成。本发明通过构建催化生长石墨烯能力不同的两种金属的界面来制备具有高边缘密度的石墨烯，石墨烯与金属基底复合形成的一体材料具有离子存储能力强、导电性高、化学和物理稳定性好的特点，适合作为电化学功能电极材料。

技术领域

本发明涉及石墨烯技术领域，具体涉及一种富边缘石墨烯-金属复合电极材料的制备方法及复合电极材料。

背景技术

石墨烯具有蜂窝状正六边形排布的二维碳单原子层，具有高比表面、高硬度、高透明度、极好的导电导热性能、以及优异的化学稳定性，众多优点使其适合应用于广泛的材料领域，是一种具有重要战略意义的新材料，被誉为“黑金”和“万能材料”。石墨烯被《十三五国家科技创新规划》(简称：《十三五规划》)列为“先进功能材料”重点发展。石墨烯作为功能电极材料，在可充电电池、超级电容器、燃料电池、生物传感器等领域具有较高的应用价值。二维石墨烯的物理结构上有基面和边缘之分，由于边缘碳原子具有未成对电子，使其物理、化学性质与基面碳原子差异较大。理论计算与实验均揭示了这一点。因此，开发富边缘石墨烯的制备方法具有重要实际意义。目前已开发出利用化学气相沉积法(CVD)在金属催化基底上制备大面积石墨烯材料的方法，这样的石墨烯材料与金属基底是以无缝的、原子方式的致密连接，具有非常高的结构稳定性和导电性。

但是，在同一种金属基底上生长的石墨烯的边缘密度较低，导致其在作为电极应用中性能欠佳。

发明内容

本发明的目的在于提供一种富边缘石墨烯-金属复合电极材料的制备方法及复合电极材料，本发明通过构建催化生长石墨烯能力不同的两种金属的界面来可控制备具有高边缘密度的石墨烯，并且石墨烯与金属的复合材料具有导电性高、结构稳定性高的优点，作为功能电极材料具有优异性能。

为实现上述目的，本发明提供一种富边缘石墨烯-金属复合电极材料的制备方法，所述制备方法包括：

将石墨烯生长在金属基底上，其中，所述金属基底包含由两种催化生长石墨烯能力不同的金属所构成的金属界面。

可选的，所述金属基底中的两种催化生长石墨烯能力不同的金属包括如下组合：

Ni-Au、Ni-Cu、Ni-Ag、Ni-Fe、Ni-Co、Ni-Pd、Cu-Au、Cu-Ag，Cu-Pd、Cu-Co、Cu-Fe、Co-Ag、Co-Au或Co-Pd。

可选的，所述金属界面的构造方法为选自化学沉积、电化学沉积和真空溅镀中的至少一种。

可选的，采用化学气相沉积法将石墨烯生长在金属基底上。

可选的，所述化学气相沉积法为大气压化学气相沉积法和/或等离子体增强化学气相沉积法。

可选的，所述化学气相沉积法的条件包括：温度为300-1200℃，碳源气体包括选自甲烷、乙烷、乙烯、乙炔和丙炔中的一种或多种，时间为1秒-12小时。

本发明还提供所提供的制备方法所制备的富边缘石墨烯-金属复合电极材料。

本发明具有如下优点：

本发明创造性地提出利用双金属界面来控制石墨烯边缘的生成，方法简单，获得的富边缘石墨烯-金属复合材料结构稳定，导电性优良，适合作为锂离子电池、超级电容器、化学传感器等器件的电极材料，能够大大增强相关应用的性能，具有较好的实际应用前景。

附图说明

图1是本发明提供的富边缘石墨烯-金属复合电极材料一种具体实施方式的结构示意图。

具体实施方式