[发明专利]一种磷酸铁@碗状空心碳球/石墨烯复合材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种磷酸铁@碗状空心碳球/石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述的磷酸铁@空心碳球的外观形貌为碗状，大小分布均匀，碗尺寸在50-1000 nm，石墨烯包覆在其表面，所述的制备方法包括如下步骤：

（1）将硅源和碳源加入到混合溶剂中，搅拌20-30 h后将悬浮液离心，将所得产物用乙醇和去离子水反复洗涤，直至滤液无色，干燥后得到前驱体；

（2）将步骤（1）所得到的前驱体置于管式炉中，保护气氛中煅烧，冷却至室温得到黑色粉体；

（3）将步骤（2）所得到的黑色粉体加入到质量分数为3-10 %的氢氟酸溶液中搅拌3-8h，然后过滤并用去离子水反复洗涤，直至滤液pH值为4-7，干燥后得到空心碳球；

（4）将步骤（3）所得到的空心碳球用浓酸回流，回流温度为40-90℃，恒温时间为5-24h，然后过滤并用去离子水反复洗涤，直至滤液pH值为4-7，干燥后得到表面修饰功能化的空心碳球；

（5）将步骤（4）所得的表面修饰功能化的空心碳球置于1-10 mmol/L的铁盐溶液中，在1-40℃下放置5-15 h，然后过滤，得到表面吸附铁离子的空心碳球；

（6）将步骤（5）所得的表面吸附铁离子的空心碳球置于1-10 mmol/L磷酸根溶液中，在1-40℃下放置5-15 h，然后过滤，得到表面吸附含水磷酸铁的空心碳球；

（7）将步骤（5）和（6）重复1-10次，过滤后用去离子水洗涤，干燥后得到含水磷酸铁@碗状空心碳球；

（8）将步骤（7）得到的含水磷酸铁@碗状空心碳球分散在去离子水中，加入石墨烯或氧化石墨烯悬浮液，缓慢滴加表面活性剂溶液，生成絮状物质，然后过滤并用去离子水洗涤，干燥得到含水磷酸铁@碗状空心碳球/石墨烯；

（9）将步骤（8）得到的含水磷酸铁@碗状空心碳球/石墨烯置于管式炉中保护气氛中煅烧，冷却至室温得到磷酸铁@碗状空心碳球/石墨烯复合材料。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，硅源为正硅酸乙酯或二氧化硅；碳源为苯酚-甲醛即苯酚与甲醛的混合物、间苯二酚-甲醛即间苯二酚与甲醛的混合物、酚醛树脂、聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述的混合溶剂为去离子水、乙醇、浓氨水、乙二醇、正丁醇、异丙醇中的三种，三者的体积比为(1-10):(1-10):(1-20)。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，所述的浓酸为浓盐酸、浓硝酸、浓硫酸中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（5）中，所述的铁盐为氯化铁、乙酸亚铁、氯化亚铁、硝酸铁、草酸铁中的至少一种，步骤（4）所得的表面修饰功能化的空心碳球与铁盐溶液的固液质量体积比为0.1-1：50-500 g/ml；步骤（6）中，所述的含磷酸根离子的物质为磷酸、磷酸铵盐、磷酸钠盐中的至少一种，步骤（4）所得的表面修饰功能化的空心碳球与磷酸根溶液的固液质量体积比为0.1-1：50-500 g/ml。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（8）中，所述的表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、四甲基氢氧化铵、四丁基溴化铵、十二烷基氨基丙酸、氧化胺中的至少一种，表面活性剂溶液的质量分数为0.1-1 mg/ml，步骤（4）所得的表面修饰功能化的空心碳球与表面活性剂溶液的固液质量体积比为0.1-1：5-20 g/ml；石墨烯或氧化石墨烯悬浮液中，石墨烯或氧化石墨烯的质量分数为1-5 mg/ml，石墨烯或氧化石墨烯悬浮液的用量满足步骤（4）所得的表面修饰功能化的空心碳球与石墨烯或氧化石墨烯悬浮液的固液质量体积比为0.1-1：20-50 g/ml。