[发明专利]一种超薄壳石墨烯中空球的制备方法

说明书

本发明公开了一种超薄壳石墨烯中空球的制备方法，首先依据Hummers法制备氧化石墨烯分散液，改性的Stober法制备二氧化硅球模板分散液，二者超声混合均匀，热处理得到二氧化硅/石墨烯(SiO₂@Gs)核壳球；将二氧化硅/石墨烯(SiO₂@Gs)核壳球重新溶解于氢氟酸(HF)中，过滤、洗涤、干燥后制得超薄壳石墨烯中空球。本发明所述的超薄壳石墨烯中空球制备方法，工艺流程短，操作易行，便于大批量工业生产，制得的超薄壳石墨烯中空球可以很好地解决石墨烯纳米片由于范德华力等因素产生的堆积而影响其化学性能的问题，在纯电动车和混合式电动车中表现出广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及石墨烯纳米材料技术领域，具体的涉及一种超薄壳石墨烯中空球的制备方法。

背景技术

目前锂离子电池常用的负极材料石墨容量较小，在很大程度上限制了其能量密度和功率密度的提高。目前开发的渡金属氧化物、硅基材料和锡基材料等在充放电过程中体积膨胀非常大，导致电池的循环性能急速下降。新型碳材料石墨烯具有超高的电子导电性、超高的比表面积和稳定的机械强度等优点，但是石墨烯片层之间由于范德华力等因素容易发生堆积或团聚，这极大影响了石墨烯发挥其电化学性能。

超薄壳石墨烯中空球可以抑制石墨烯纳米片的堆积同时可以保持石墨烯本身优越的电化学性能。石墨烯中空球常用的合成方法是模板法，模板法是一种创造中空结构的较好方法，但是需使用昂贵的表面活性剂来作用于模板实现前驱体和模板二者的兼容，这样就增加了成本，因此寻找一种简单合成石墨烯中空球的方法具有很现实的意义。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种超薄壳石墨烯中空球的制备方法，该超薄壳石墨烯中空球可以抑制石墨烯纳米片的堆积同时可以保持石墨烯本身优越的电化学性能，并且具有制备工艺简单、成本低、反应过程容易控制等优点，适用于大规模的工业化生产。

一种超薄壳石墨烯中空球的制备方法，其特征为：制备步骤如下：

（1）预处理：通过公知的Hummers法制备得到氧化石墨烯，将所述氧化石墨烯分散于去离子水中，得到氧化石墨烯分散液；

（2）将氨水、乙醇、去离子水、正硅酸乙酯(TEOS)加入反应釜中搅拌均匀， 360 r/min转速下搅拌2小时，得到的沉淀物分别用乙醇洗6遍和去离子水洗涤3遍，100℃干燥24h得到二氧化硅球模板，将所述二氧化硅球模板分散于去离子水中，得到二氧化硅球模板分散液；

（3）将氧化石墨烯分散液、二氧化硅球模板分散液按照体积比1:1混合均匀，超声分散3h，然后放入-45 ℃冷冻干燥机中，得到蓬松的黄色粉末，即为二氧化硅@氧化石墨烯(SiO₂@GOs)核壳球，将二氧化硅@氧化石墨烯核壳球放入等离子体高温管式反应炉中，抽真空降压至10～20Pa，热处理得到黑色均匀粉末，即为二氧化硅@石墨烯(SiO₂@Gs)核壳球；

（4）将二氧化硅/石墨烯(SiO₂@GOs)核壳球重新溶解于20%氢氟酸(HF)中，360 r/min转速下搅拌4小时，过滤所得的沉淀物用乙醇洗6遍和去离子水洗涤3遍，在真空箱中干燥24h得到黑色蓬松的粉末，得到超薄壳石墨烯中空球。

优选的，步骤（1）中所述氧化石墨烯分散液的浓度为（4～10）mg/mL。

优选的，步骤（2）中所述氨水、乙醇、去离子水、正硅酸乙酯(TEOS)的用量比为：（8～10）mL ：（50～60）mL ：（25～30）mL ：（4～10）mL，所述氨水的质量百分比浓度为25～30%，所述二氧化硅球模板分散液的浓度为（5～12）mg/mL。

优选的，步骤（3）中所述热处理反应的温度为800～1000℃。

优选的，步骤（4）中所述氢氟酸(HF)的浓度为（20～25）mg/mL。