[发明专利]一种三明治结构石墨烯基碳包覆金属氧化物的制备方法及应用

权利要求书

1.一种三明治结构石墨烯基碳包覆金属氧化物的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)制备氧化石墨烯；

(2)制备金属氧化物纳米颗粒；

(3)氧化石墨烯表面吸附含氨基的高分子；

(4)金属氧化物表面吸附含羧基的高分子；

(5)通过自组装制备氧化石墨烯基金属氧化物；

(6)惰性气体保护下高温碳化；

(7)得到石墨烯基碳包覆金属氧化物复合材料。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯的制备方法包括：Hummers法，Brodie法，Staudenmaier法。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属氧化物纳米颗粒的制备方法包括：模板法，水热法，热分解法，溶胶凝胶法，微乳液法，水解法。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属氧化物包括：氧化铁，氧化钴，氧化镍，氧化铜，氧化锰，氧化锡，氧化锌，氧化钛。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述含氨基的高分子包括：聚二甲基二烯丙基氯化铵，聚二烯二甲基氯化铵，聚羟丙基二甲基氯化铵。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述含羧基的高分子包括：聚(乙烯甘醇)双(羧甲基)乙醚，聚乙二醇二羧酸，羧甲基纤维素。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中石墨烯与含氨基的高分子的质量比在1∶1～10∶1范围内。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中金属氧化物与含羧基的高分子的质量比在10∶1～20∶1范围内。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中的自组装过程包括以下步骤：

(1)将0.01～0.1g表面氨基化的氧化石墨烯加入到100mL水中，超声分散配成氧化石墨烯溶液；

(2)将0.1～1g表面羧基化的金属氧化物加入到100mL水中，超声分散配成金属氧化物悬浮液；

(3)用稀碱调节金属氧化物悬浮液的pH值在7～10范围内，用稀酸调节氧化石墨烯溶液的pH值在4～7范围内；

(4)将金属氧化物悬浮液滴加到氧化石墨烯溶液中，搅拌1～3小时，氧化石墨烯和金属氧化物的质量比在1∶1～1∶10范围内；

(5)离心、洗涤、干燥。

10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(6)中的加热温度在500～1000℃范围内，停留时间在0.1～2小时范围内，加热速率在1～10℃/分钟范围内。

11.根据权利要求1所述的石墨烯基碳包覆金属氧化物复合材料，其特征包括：复合材料具有三明治结构，复合材料的长在1～5μm范围内，宽在1～5μm范围内，高在0.5～1μm范围内，金属氧化物颗粒直径在1～20nm范围内，金属氧化物颗粒表面被碳层包覆，碳层厚度在0.5～2nm纳米范围内，金属氧化物颗粒固定在自组装的石墨烯层间，金属氧化物的负载量在50～90wt％范围内。

12.根据权利要求11所述的石墨烯基碳包覆金属氧化物复合材料，其用途包括：锂离子电池的电极材料，超级电容器的电极材料。