[发明专利]石墨烯负载空心碳球复合材料的制备方法

摘要

本发明提供了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制备方法技术领域。本发明由以下几个步骤完成，1、氧化石墨预氧化；2、氧化石墨的制备；3、间苯二酚/甲醛@SiO2前驱体的制备；4、石墨烯‑间苯二酚/甲醛@SiO2复合材料的制备；5、石墨烯‑空心碳球复合材料的制备；6、工作电极的制备。本发明的方法所制得的碳球呈现很好的球形结构并均匀分散在石墨烯表面。本发明方法制备的空心碳球，可以通过控制pH、乙醇的用量来有效地控制空心碳球的孔径。本发明方法制备的复合材料比表面积大、重现性好，利于组装高性能的超级电容器。

主权项

一种石墨烯负载空心碳球复合材料的制备方法，其特征在于，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8～12mLNH3﹒H2O、100～150mL乙醇和80～100mL超纯水混合得到A液，10～15mL正硅酸乙酯与30～60mL乙醇混合得到B液，在搅拌的条件下，将B液快速倾入A液中，继续搅拌10～30分钟，加入1～2g间苯二酚，搅拌10～30分钟后，逐滴加入1.5～3mL甲醛溶液，室温下搅拌12～48h后，将反应液装入高压反应釜，于80～120℃反应12～48h，得到间苯二酚/甲醛@SiO2前驱体，所得产品用乙醇洗涤三次，烘干备用；步骤四、石墨烯‑间苯二酚/甲醛@SiO2复合材料的制备取0.3～1g间苯二酚/甲醛@SiO2前驱体溶于20～50mL超纯水超声2～4h得到C液，取10～30mg氧化石墨粉末溶于5～20mL超纯水中超声2～4h，得到氧化石墨烯溶液，将氧化石墨烯溶液倒入C液中，并加入0.2～0.5g抗坏血酸，搅拌1～4h，得到的混合液装入高压反应釜，于160～240℃反应6～24h，得到石墨烯‑间苯二酚/甲醛@SiO2复合材料；步骤五、石墨烯‑空心碳球复合材料的制备石墨烯‑间苯二酚/甲醛@SiO2复合材料经过高温炭化得到石墨烯‑碳球@SiO2复合材料，碳化条件为，在N2保护，1～3℃/min程序升温条件下，300～500℃保持1～2h，800～1000℃条件保持1.5～3h，石墨烯‑碳球@SiO2复合材料最后通过5％～10％氢氟酸蚀刻12～48h，可以去除SiO2球，通过蒸馏水，乙醇分别洗涤3～6次，60～120℃烘干10～24h得到石墨烯‑空心碳球复合材料；步骤六、工作电极的制备将活性物质，导电炭黑和聚四氟乙稀按质量比(7:1:1)～(9:1:1)混合在一起，磨制成浆料，然后，将浆料负载在泡沫镍上，并在80～120℃真空中干燥0.5～2h，接着，在5～12MPa压力下压制该电极，然后，在80～120℃的真空干燥箱中干燥10～24h，电极材料的面积为1.0～2.0cm2，每个集流体上负载的活性物质的量为5.0～6.0mg，在三电极测试法中，涂抹上活性材料的电极作为工作电极，铂片作为对电极，Hg/HgO电极作为参比电极，3.0～6.0mol/L KOH水溶液作为电解质。