一种核壳结构的碳@金属氧化物@金属/三维多孔石墨烯复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种核壳结构的碳@金属氧化物@金属/三维多孔石墨烯的复合材料的制备方法。该方法通过水热、原位聚合及碳化还原过程，制备了三层核壳结构纳米颗粒/三维多孔石墨烯的复合材料，所述三层核壳结构的碳@金属氧化物@金属的纳米颗粒均匀地嫁接在三维多孔石墨烯表面。本发明专利技术方法简单，成本较低、可操作性和重复性好、可规模化生产。所制备复合材料中的纳米颗粒呈现三层核壳型结构并均匀嫁接在三维多孔石墨烯表面，将其应用于锂离子电池和钠离子电池中，均可实现高比容量、高倍率性能以及高循环稳定性的电化学性能。

Core shell structured carbon @ metal oxide @ metal / 3D porous graphene composite material, preparation method and application thereof

The invention discloses a method for preparing a core shell structure carbon @ metal oxide @ metal / 3D porous graphene composite material. This method, in situ polymerization by hydrothermal carbonization and reduction process, the three layer composite nanoparticles with core-shell structure / porous graphene prepared carbon nano particles of metal oxide @ @ metal of the three layer of core-shell structure uniformly grafted on three-dimensional porous graphene surface. The method has the advantages of simple method, low cost, good operability and repeatability, and large-scale production. The preparation of nano particles in the composite layer has three core-shell structure and uniform grafting in three-dimensional porous graphene surface, its application in lithium ion battery and sodium ion batteries, can achieve high capacity and high rate performance and high cycle stability of electrochemical performance.

【技术实现步骤摘要】
一种核壳结构的碳@金属氧化物@金属/三维多孔石墨烯复合材料及其制备方法和应用
本专利技术属于石墨烯复合纳米材料
，具体涉及一种核壳结构的碳@金属氧化物@金属/三维多孔石墨烯复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
发展一种具有高功率密度和良好循环稳定性的下一代锂离子电池(LIBs)和钠离子电池(SIBs)，以满足未来高端通讯设备和电动汽车应用需求是当前迫切所需。但是，目前商用锂/钠离子电池负极材料——石墨，由于其具有较低的理论比容量(锂离子电池为372mAh/g，钠离子电池<50mAh/g)，导致其能量密度有限，因而，发展一种更高能量密度和长稳定的锂/钠离子电池负极材料是目前迫切所需。目前，一些储锂/钠的金属单质，如锡(Sn)、锗(Ge)、锑(Sb)等，由于具有相当高的理论比容量和高电导性以及适中的工作电压，因而能提高锂/钠离子电池的能量密度以及改进锂/钠离子电池的安全性能，现已被广泛应用于高性能锂/和钠离子电池负极材料中。但是，由于充放电过程金属单质会发生相当大的体积变化，其不仅会引起金属纳米颗粒严重粉化，从而导致金属纳米颗粒脱离电极，还会引起金属纳米颗粒之间严重团聚，而本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种核壳结构的碳@金属氧化物@金属/三维多孔石墨烯的复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下具体步骤：S1.将三维多孔石墨烯均匀分散到含有金属盐的有机溶剂中，然后滴加一定用量比的去离子水搅拌，得到三维多孔石墨烯和金属盐的均匀分散液；S2.将步骤S1所得分散液移至水热反应釜中，在100～140℃水热反应2～12h，待其自然冷却后，经抽滤、洗涤、烘干处理，得到金属氧化物/三维多孔石墨烯；S3.将金属氧化物/三维多孔石墨烯超声分散到含有聚合物单体的水溶液中，在碱性条件下自聚合或酸性条件下加入氧化剂引发聚合，将其单体聚合到金属氧化物/三维多孔石墨烯的表面，再经抽滤、洗涤、烘干后，得到聚合物@金属氧化物...

【技术特征摘要】
1.一种核壳结构的碳@金属氧化物@金属/三维多孔石墨烯的复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下具体步骤：S1.将三维多孔石墨烯均匀分散到含有金属盐的有机溶剂中，然后滴加一定用量比的去离子水搅拌，得到三维多孔石墨烯和金属盐的均匀分散液；S2.将步骤S1所得分散液移至水热反应釜中，在100～140℃水热反应2～12h，待其自然冷却后，经抽滤、洗涤、烘干处理，得到金属氧化物/三维多孔石墨烯；S3.将金属氧化物/三维多孔石墨烯超声分散到含有聚合物单体的水溶液中，在碱性条件下自聚合或酸性条件下加入氧化剂引发聚合，将其单体聚合到金属氧化物/三维多孔石墨烯的表面，再经抽滤、洗涤、烘干后，得到聚合物@金属氧化物/三维多孔石墨烯的复合材料；S4.将步骤S3所得产物在惰性气氛下500～1000℃进行热处理，升温速率为5～10℃/min，保温时间为0.5～6h，即得到核壳结构的碳@金属氧化物@金属/三维多孔石墨烯的复合材料。2.根据权利要求1所述的核壳结构的碳@金属氧化物@金属/三维多孔石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述的金属盐为锡盐、锗盐或锑盐。3.根据权利要求2所述的核壳结构的碳@金属氧化物@金属/三维多孔石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述锡盐为四氯化锡、氯化亚锡、硝酸锡、硝酸亚锡、醋酸锡或醋酸亚锡；所述锗盐为四氯化锗或四乙基锗；所述锑盐为三氯化锑、硝酸锑或醋酸锑。4.根据权利要求1所述的核壳结构的碳@金属氧化物@金属/三维多孔石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述的有机溶剂为无水乙醇、...

【专利技术属性】
技术研发人员：李运勇，欧长志，黄莹，朱俊陆，张海燕，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44