[发明专利]一种石墨烯/中空碳纳米球的制备方法

摘要

本发明涉及一种石墨烯/中空碳纳米球的制备方法。属于材料技术领域。将氨水、水和乙醇混合得溶液A，将正硅酸乙酯和乙醇混合得溶液B。在搅拌下，将溶液B逐滴加入到溶液A中得混合溶液，加入硅烷偶联剂KH‑550，搅拌10～12h，所得产物洗涤后，真空干燥，得到KH‑550修饰的SiO2纳米球。将该纳米球分散在水中，加入氧化石墨烯溶液，搅拌、抽滤、洗涤、干燥后，得SiO2纳米球/氧化石墨烯。将氨水、水、乙醇和SiO2纳米球/氧化石墨烯超声混合，加入间苯二酚和甲醛溶液，搅拌24h后，水热处理24h，所得产物干燥后得到含SiO2纳米球/氧化石墨烯的聚合物纳米球。聚合物纳米球干燥后，在氮气气氛中炭化，然后用NaOH溶液除去产物中的SiO2，得到石墨烯/中空碳纳米球。本发明所得石墨烯/中空碳纳米球作为超级电容器电极材料时，表现出较高的比容量和较好的循环稳定性。

主权项

一种石墨烯/中空碳纳米球的制备方法，其特征在于：先按体积份数量取氨水：水：乙醇＝1：2～3：16～18，混合均匀，得溶液A；按体积份数量取正硅酸乙酯：乙醇＝1：6～8，混合均匀，得溶液B，其中正硅酸乙酯与溶液A中水的体积比是1：4～6；在搅拌下，将溶液B逐滴加入到溶液A中得混合溶液，然后加入硅烷偶联剂KH‑550，硅烷偶联剂KH‑550的加入量是混合溶液总体积的1％体积百分比，搅拌10～12h，所得产物经水、乙醇分别洗涤后，于50～80℃真空干燥，得到KH‑550修饰的SiO2纳米球；接着，按质量份数量取KH‑550修饰的SiO2纳米球：水＝1：100～150，超声1～2h，混合均匀，然后加入浓度为1mg·mL‑1的氧化石墨烯溶液，其中氧化石墨烯与KH‑550修饰的SiO2纳米球的质量比为1：20～40，搅拌均匀后，抽滤，用水洗涤，于50～80℃真空干燥后，得到SiO2纳米球/氧化石墨烯；再按质量份数量取氨水：水：乙醇：SiO2纳米球/氧化石墨烯＝1：150～250：60～80：2～9，超声1～2h，混合均匀，加入间苯二酚和甲醛溶液，其中间苯二酚：甲醛溶液＝1：1.5～1.8质量比，间苯二酚：SiO2纳米球/氧化石墨烯＝1：2～5质量比，搅拌24h后，将上述溶液置于内衬聚四氟乙烯的不锈钢水热釜中100℃水热处理24h，所得产物在60～100℃下干燥6～12h得到含SiO2纳米球/氧化石墨烯的聚合物纳米球；最后，将该聚合物纳米球置于管式炉中，氮气气氛下以2～10℃·min‑1的升温速率从室温升到600～1000℃炭化，自然降温，然后再用浓度为3mol·L‑1的NaOH溶液除去产物中的SiO2，其中NaOH溶液与SiO2的质量比为12：1，用水洗涤、干燥后即得石墨烯/中空碳纳米球；上述原料均为市售工业级产品；上述氧化石墨烯溶液制备工艺如下：将2.0g天然石墨粉和1.0g硝酸钠至烧瓶中，0～4℃冰水浴中搅拌下加入46mL浓硫酸，然后加入6.0g高锰酸钾，继续搅拌2h后，转移到35℃下搅拌2h后，加入92mL去离子水，然后转移至90℃的恒温水浴中，搅拌15min后依此加入280mL去离子水和9mL的双氧水至反应液中，再用浓度为2.1％质量百分比的稀盐酸洗涤，接着用去离子水洗涤至中性，最后超声分散于水中，制备得到浓度为1mg·mL‑1氧化石墨烯溶液。