[发明专利]一种石墨烯量子点/介孔碳复合材料的制备方法及其应用

说明书

本发明提供了一种石墨烯量子点/介孔碳复合材料，包括介孔碳以及填充于所述介孔碳的介孔中的石墨烯量子点，所述石墨烯量子点/介孔碳复合材料的比表面积为800～1000m²g^‑1，孔容为2～4cm³g^‑1。本发明提供的石墨烯量子点/介孔碳复合材料能够提供良好的导电性，较大的比表面积，有利于电子和离子的传递。同时，进入到介孔碳内部的石墨烯量子点能够在负载硫的同时，抑制多硫化物的溶解扩散。这种特殊的结构使得以该材料作为锂硫载体的正极材料具有较高的理论比容量和循环性能。

技术领域

本发明属于储能技术领域，具体涉及一种石墨烯量子点/介孔碳复合材料、制备方法以及应用。

背景技术

介孔碳指的是孔径在2nm～50nm尺寸之间的多孔碳。目前介孔碳的合成方法主要有两种：硬模板法和软模板法。硬模板法是使用像多孔阳极氧化铅和多孔硅这样具有相对较“硬”的含有刚性骨架的多孔材料作为模板，再通过复制模板结构，最后脱去模板制备出介孔材料。使用硬模板法合成介孔材料的优点是普适性强，合成出来的介孔材料可完全继承硬模板的结构。软模板法是使用＂软＂有机分子作为模板，常用的软模板剂有表面活性剂和微乳液等。软模板剂与构成骨架物质之间发生较强的相互作用，发生反应后脱出模板剂就形成了介孔材料。相比硬模板法，虽然软模板法不能严格控制介孔材料尺寸和形状，但其操作简便，成本相对低廉而被人们所广泛应用于介孔材料的合成当中。目前软模板法主要包括水热法、溶剂挥发诱导自组装法(EISA)和沉淀法等。其中水热法具有简单且重复性好的特点，得到了广泛的应用。

一般的锂硫电池是以硫做正极材料，锂做负极材料的一种电池体系。由于单质硫具有极高的理论容量(1675mAh g^-1，是传统正极材料的5-10倍)，能量密度可达2500Wh kg^-1，同时硫兼具无毒、环境友好、原料来源广泛、成本低廉等一系列优点。但由于使用硫作正极，锂硫电池也存在导电性差、中间产物的穿梭效应、硫发生体积应变等问题。近年来，有不少研究者将两种或者两种以上碳材料进行复合，以解决硫导电性差和穿梭效应的问题。而介孔碳材料具有较为合适的用于载硫的孔径尺寸。因此，为提高硫的利用率，并且抑制多硫化物溶于电解液，提供硫体积膨胀所需的空间，发明一种具有良好导电性和较大比表面积的复合介孔碳材料对于提高锂硫电池的性能具有重大意义。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种石墨烯量子点/介孔碳复合材料的制备方法以及应用，本发明提供的石墨烯量子点/介孔碳复合材料应用于锂硫电池时，可以提高其电化学性能。

本发明提供了一种石墨烯量子点/介孔碳复合材料，包括介孔碳以及填充于所述介孔碳的介孔中的石墨烯量子点，所述石墨烯量子点/介孔碳复合材料的比表面积为800～1000m²g^-1，孔容为2～4cm³g^-1。

优选的，所述石墨烯量子点和介孔碳复合材料的质量比为1:60～1:600。

本发明还提供了一种石墨烯量子点/介孔碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：

A)将甲阶酚醛树脂水溶液与表面活性剂混合搅拌，进行加热反应，得到表面活性剂-酚醛单胶束溶液，所述表面活性剂选自F127或P123；

B)将石墨烯量子点水溶液与步骤A)表面活性剂-酚醛单胶束溶液混合后在130℃～180℃进行水热反应20h～30h，反应产物冷冻干燥后经高温退火、碳化、清洗和干燥处理，得到石墨烯量子点/介孔碳复合材料。

优选的，所述加热反应的温度为40～60℃，所述加热反应的时间为2～4h。

优选的，所述甲阶酚醛树脂水溶液的浓度0.03～0.20mol/L，所述表面活性剂与甲阶酚醛树脂的质量比为0.035～0.05。