[發(fā)明專利]一種磷酸鐵@碗狀空心碳球/石墨烯復合材料及其制備方法和應用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711246408.7
• 申請日: 2017-11-30
• 公開（公告）號: CN107978753B
• 公開（公告）日: 2020-02-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 舒洪波;張媛媛;黃成;呂途安;楊秀康;劉黎;周穎;李明華;王先友
• 申請（專利權(quán)）人: 湘潭大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525;H01M10/054;B82Y30/00
• 代理公司: 43108 湘潭市匯智專利事務(wù)所(普通合伙)
• 代理人: 冷玉萍

1.一種磷酸鐵@碗狀空心碳球/石墨烯復合材料的制備方法，其特征在于，所述的磷酸鐵@空心碳球的外觀形貌為碗狀，大小分布均勻，碗尺寸在50-1000 nm，石墨烯包覆在其表面，所述的制備方法包括如下步驟：

（1）將硅源和碳源加入到混合溶劑中，攪拌20-30 h后將懸浮液離心，將所得產(chǎn)物用乙醇和去離子水反復洗滌，直至濾液無色，干燥后得到前驅(qū)體；

（2）將步驟（1）所得到的前驅(qū)體置于管式爐中，保護氣氛中煅燒，冷卻至室溫得到黑色粉體；

（3）將步驟（2）所得到的黑色粉體加入到質(zhì)量分數(shù)為3-10 %的氫氟酸溶液中攪拌3-8h，然后過濾并用去離子水反復洗滌，直至濾液pH值為4-7，干燥后得到空心碳球；

（4）將步驟（3）所得到的空心碳球用濃酸回流，回流溫度為40-90℃，恒溫時間為5-24h，然后過濾并用去離子水反復洗滌，直至濾液pH值為4-7，干燥后得到表面修飾功能化的空心碳球；

（5）將步驟（4）所得的表面修飾功能化的空心碳球置于1-10 mmol/L的鐵鹽溶液中，在1-40℃下放置5-15 h，然后過濾，得到表面吸附鐵離子的空心碳球；

（6）將步驟（5）所得的表面吸附鐵離子的空心碳球置于1-10 mmol/L磷酸根溶液中，在1-40℃下放置5-15 h，然后過濾，得到表面吸附含水磷酸鐵的空心碳球；

（7）將步驟（5）和（6）重復1-10次，過濾后用去離子水洗滌，干燥后得到含水磷酸鐵@碗狀空心碳球；

（8）將步驟（7）得到的含水磷酸鐵@碗狀空心碳球分散在去離子水中，加入石墨烯或氧化石墨烯懸浮液，緩慢滴加表面活性劑溶液，生成絮狀物質(zhì)，然后過濾并用去離子水洗滌，干燥得到含水磷酸鐵@碗狀空心碳球/石墨烯；

（9）將步驟（8）得到的含水磷酸鐵@碗狀空心碳球/石墨烯置于管式爐中保護氣氛中煅燒，冷卻至室溫得到磷酸鐵@碗狀空心碳球/石墨烯復合材料。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（1）中，硅源為正硅酸乙酯或二氧化硅；碳源為苯酚-甲醛即苯酚與甲醛的混合物、間苯二酚-甲醛即間苯二酚與甲醛的混合物、酚醛樹脂、聚乙烯吡咯烷酮中的至少一種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（1）中，所述的混合溶劑為去離子水、乙醇、濃氨水、乙二醇、正丁醇、異丙醇中的三種，三者的體積比為(1-10):(1-10):(1-20)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（4）中，所述的濃酸為濃鹽酸、濃硝酸、濃硫酸中的至少一種。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（5）中，所述的鐵鹽為氯化鐵、乙酸亞鐵、氯化亞鐵、硝酸鐵、草酸鐵中的至少一種，步驟（4）所得的表面修飾功能化的空心碳球與鐵鹽溶液的固液質(zhì)量體積比為0.1-1：50-500 g/ml；步驟（6）中，所述的含磷酸根離子的物質(zhì)為磷酸、磷酸銨鹽、磷酸鈉鹽中的至少一種，步驟（4）所得的表面修飾功能化的空心碳球與磷酸根溶液的固液質(zhì)量體積比為0.1-1：50-500 g/ml。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（8）中，所述的表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉、十六烷基三甲基溴化銨、四甲基氫氧化銨、四丁基溴化銨、十二烷基氨基丙酸、氧化胺中的至少一種，表面活性劑溶液的質(zhì)量分數(shù)為0.1-1 mg/ml，步驟（4）所得的表面修飾功能化的空心碳球與表面活性劑溶液的固液質(zhì)量體積比為0.1-1：5-20 g/ml；石墨烯或氧化石墨烯懸浮液中，石墨烯或氧化石墨烯的質(zhì)量分數(shù)為1-5 mg/ml，石墨烯或氧化石墨烯懸浮液的用量滿足步驟（4）所得的表面修飾功能化的空心碳球與石墨烯或氧化石墨烯懸浮液的固液質(zhì)量體積比為0.1-1：20-50 g/ml。