[发明专利]一种二氧化硅纳米球/石墨烯复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，具体涉及SiO₂纳米球/石墨烯复合材料的制备。

背景技术

二氧化硅(SiO₂)作为一种酸性非金属氧化物，其存在形式主要有两种：结晶态SiO₂和非晶态(无定型)SiO₂。晶体形态的SiO₂主要存在于石英矿石之中，通常以石英、方石英和磷石英变体储存于矿石之内，非晶态SiO₂主要存在于硅藻土和隧石之内。SiO₂存在形式的不同，主要归结于SiO₂中的Si-O键组成形式不同。晶体形式SiO₂的化学性质较为稳定，是因为其空间结构为Si和O之间形成共价键组成有序的状态，Si-O键的键能较高，很难发生断裂。而非晶态的SiO₂的空间结构则是无规则连续的网状结构，网状结构中充满形状大小不一的孔隙，Si-O键的具有较长键长从而使其键能较低，因此非晶态的SiO₂相比于晶态的SiO₂具有更高的活性。

目前，SiO₂主要应用于电子封装材料、树脂复合材料、涂料等。由于自身较低的导电性能，SiO₂一直被认为很难用作电极材料之中。随着技术进步，研究发现影响SiO₂电化学性能的主要原因是SiO₂自身的颗粒大小以及晶体结构。当SiO₂材料尺寸减少至纳米级甚至是小于100纳米，其电子能级和能带结构都会发生变化。同时，随着尺寸的减少，SiO₂表面原子的比例会随之增大，从而增大了材料的比表面积，使得材料的表面能和活性有较大程度的增强。Otto Zhou等发现当SiO₂颗粒的尺度达到纳米级别时，能在0-1.0V(vs.Li⁺/Li)的区间内与锂离子发生反应，且具有大约400mAhg^-1的可逆容量。Aishui Yu课题组通过在SiO₂表面包覆一层碳膜，形成一种包覆结构的纳米材料，应用于锂离子电池中具有良好的循环稳定性。Zhaoxiang Wang课题组采用水热法制得非晶态的SiO₂与C(HC/SiO₂)纳米复合材料，作为锂离子电池负极材料也展现出良好的性能。Guiyun Yi等以正硅酸四乙酯(TEOS)和氧化石墨为原料，采用水热法在酸性溶液中制备到SiO₂纳米颗粒/石墨烯复合材料，并展现了良好的吸附性能。Xiucheng Zheng等采用一锅水热法制备3D结构的无定形SiO₂/石墨烯复合气凝胶，并且因其多孔、比表面积大等结构特点，提升了材料的电化学性能。

本发明拟构建SiO₂纳米球/石墨烯复合结构材料，以氧化石墨为原料、正硅酸四乙酯为硅源、乙醇和去离子水为溶剂、NaOH控制溶液pH值，高温水热反应制备出SiO₂/石墨烯纳米复合结构。Raman测试结果可以得出复合结构中石墨烯具有较少的层数，测试结构表面，制备出的复合材料拥有较好的循环性能以及倍率性能。

发明内容

本发明旨在提供一种SiO₂纳米球/石墨烯复合材料及其制备方法，旨在采用水热法结合煅烧处理得到SiO₂纳米球/石墨烯复合材料。

本发明解决技术问题，采用如下技术方案：

本发明的二氧化硅纳米球/石墨烯复合材料，是在石墨烯上紧密附着有非晶态SiO₂纳米球，所述SiO₂纳米球的直径为150nm～250nm。

本发明二氧化硅纳米球/石墨烯复合材料的制备方法，是按如下步骤进行：

a、量取30mL的乙醇和3mL的去离子水充分混合，配置成乙醇/水混合溶液；将30mg的氧化石墨加入到所述乙醇/水混合溶液中，再加入25mg的表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDS)，得混合反应液A；

将所述混合反应液A放置在0℃的冰浴中超声，直至所述混合反应液A中的氧化石墨完全溶解，获得混合反应液B；

b、量取25mL的正硅酸四乙酯(Si(OC₂H₅)₄)，缓慢滴加到所述混合反应液B中，然后再加入3mg的NaOH，超声15min，得混合反应液C；