一种实现石墨烯对材料保型封装的合成方法技术

本发明专利技术公开了一种实现石墨烯对材料保型封装的制备方法。它是将氧化石墨-醇分散液与待封装的粉体原料均匀分散于另一种合适的醇溶剂中构成混合体系，其中氧化石墨-醇分散液：待封装的粉体原料的质量比为4:1～1:20，将上述混合体系转入合适容积的反应釜内，密封后于指定温度下处理一段时间即可得到预期的产物。本发明专利技术合成方法简单便捷、环保高效、弹性大、可操纵性强、易拓展、重现性高、批次稳定，实用性强，充实了石墨烯封装材料的合成方法，攻克了难以构筑石墨烯封装复合结构的科学难题，其有望加快推动石墨烯基功能材料的发展与应用。

【技术实现步骤摘要】
一种实现石墨烯对材料保型封装的合成方法
本专利技术涉及采用一种通用的反应体系用于实现石墨烯对材料的保型封装，特别是普遍适用于实现对金属、非金属单质、氧化物、硫化物等多元素化合物材料封装的合成方法。
技术介绍
石墨烯是由碳六元环组成的二维周期蜂窝状点阵结构，可翘曲成零维的富勒烯，卷成一维的碳纳米管或者堆垛成三维的石墨。它是构成其它石墨材料的基本单元，因此它兼备石墨和碳纳米管等材料的诸多优良性质，如高电子电导率、高比表面积和高机械强度等，使其在电子、信息、能源、材料和生物医药等领域具有广阔的应用前景。石墨烯应用的另一个重要方向是将其作为一种辅助材料、改性材料或基体材料用于构造特殊的功能复合材料。目前制备石墨烯的主要方法有机械剥离法、晶体外延生长、化学气相沉积以及氧化-还原法等，其中氧化-还原法被认为是最具有潜力和发展前途的合成石墨烯及其衍生材料的方法。石墨氧化物存在大量的含氧官能团，具有亲水性，能高度分散在水溶液或其它有机溶剂中，一方面易大规模制备且易被有效还原成石墨烯；另一方面石墨氧化物分散液可与其它材料相混合便于构筑复合材料体系。国内外已有的公开资料显示，各类金属、非金属单质以及氧化物、硫化物等多元素化合物材料能够以多种不同的形式与石墨烯进行有机的结合，构成具有特殊功能的复合材料，包括锚固在石墨烯表面、夹杂在石墨烯层间以及保型地封装于石墨烯内部。较之锚固和夹杂，石墨烯封装具有更加明显的优势，如保型覆盖的石墨烯能够增强结构稳定性，并能有效地阻止因外界环境造成的内部材料氧化、溶解、腐蚀等副反应的发生，不过前两类复合形式最常见，同时较易实现；而实现石墨烯的封装却鲜有报道，喷雾-裂解、毛细管压缩、预压力释放等方法可用来实现石墨烯封装，但仅限于特定的反应体系，且操作复杂、成本较高，导致难以应用于大规模生产中，这使得该类材料的应用领域和使用范围受到了极大的制约。因而，开发一种简单、有效、易拓展的方法用于构筑石墨烯保型封装的复合结构仍是一个巨大的挑战。
技术实现思路
石墨烯是由碳六元环组成的二维周期蜂窝状点阵结构，可翘曲成零维的富勒烯，卷成一维的碳纳米管或者堆垛成三维的石墨。它是构成其它石墨材料的基本单元，因此它兼备石墨和碳纳米管等材料的诸多优良性质，如高电子电导率、高比表面积和高机械强度等，使其在电子、信息、能源、材料和生物医药等领域具有广阔的应用前景。石墨烯应用的另一个重要方向是将其作为一种辅助材料、改性材料或基体材料用于构造特殊的功能复合材料。目前制备石墨烯的主要方法有机械剥离法、晶体外延生长、化学气相沉积以及氧化-还原法等，其中氧化-还原法被认为是最具有潜力和发展前途的合成石墨烯及其衍生材料的方法。石墨氧化物存在大量的含氧官能团，具有亲水性，能高度分散在水溶液或其它有机溶剂中，一方面易大规模制备且易被有效还原成石墨烯；另一方面石墨氧化物分散液可与其它材料相混合便于构筑复合材料体系。国内外已有的公开资料显示，各类金属、非金属单质以及氧化物、硫化物等多元素化合物材料能够以多种不同的形式与石墨烯进行有机的结合，构成具有特殊功能的复合材料，包括锚固在石墨烯表面、夹杂在石墨烯层间以及保型地封装于石墨烯内部。较之锚固和夹杂，石墨烯封装具有更加明显的优势，如保型覆盖的石墨烯能够增强结构稳定性，并能有效地阻止因外界环境造成的内部材料氧化、溶解、腐蚀等副反应的发生，不过前两类复合形式最常见，同时较易实现；而实现石墨烯的封装却鲜有报道，喷雾-裂解、毛细管压缩、预压力释放等方法可用来实现石墨烯封装，但仅限于特定的反应体系，且操作复杂、成本较高，导致难以应用于大规模生产中，这使得该类材料的应用领域和使用范围受到了极大的制约。因而，开发一种简单、有效、易拓展的方法用于构筑石墨烯保型封装的复合结构仍是一个巨大的挑战。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有合成方法难于控制、工序复杂、不便于扩展等不足，提供了一种快速、有效地实现石墨烯对材料保型封装的一步溶剂热制备方法。为实现上述目的，本专利技术公开了一种实现石墨烯对材料保型封装的合成方法，其特征在于将氧化石墨-醇分散液与待封装的粉体原料均匀分散于另一种合适的醇溶剂中构成混合体系，其中氧化石墨-醇分散液：待封装的粉体原料的质量比为4:1～1:20，将上述混合体系转入合适容积的反应釜内，密封后于指定温度下处理一段时间即可得到预期的产物；所述的氧化石墨-醇分散液质量浓度为≤20mg/ml；其中所述待封装的粉体原料指的是：单质、氧化物或硫化物；所述的氧化石墨-醇分散液中的醇指的是：丙三醇、乙二醇、乙醇、丙二醇中的一种或几种的混合体；所述的另一种合适的醇溶剂指的是：异丙醇、异丁醇、正丁醇、正丙醇中的一种或几种的混合体。其中密封后于指定温度下处理一段时间即可得到预期的产物指的是：在80℃～200℃条件下处理2～72h，待反应结束后取出反应产物，采用离心或抽滤的方式经水洗、醇洗、干燥后得到石墨烯保型封装的复合材料。本专利技术所述的混合体指的是氧化石墨-醇分散液、待封装的材料和另一种醇三者所构成的混合体系。其中的待封装材料，可以是既存的固态粉体分散于反应体系中，也可以是能够在醇溶液中成核、结晶的溶液前躯体分散于反应体系中，还可以是依附于基体生长的材料放置于反应体系中，通过一步溶剂热均可实现石墨烯对相应材料的保型封装。本专利技术按照合适的质量比将一定量的氧化石墨-醇分散液与待封装的粉体原料（如：单质、氧化物、硫化物等）均匀分散于另一种合适的醇溶剂中构成混合体系，将上述混合体系转入合适容积的反应釜内，密封后于指定温度下处理一段时间即可得到预期的产物。具体步骤为：准确称取一定质量的氧化石墨，将其超声分散于合适体积的醇溶剂（如：丙三醇、乙二醇、乙醇、丙二醇等）中，先制得一定质量浓度的氧化石墨分散液，按照合适的质量比（4:1～1:20）准确量取一定体积的上述分散液（如：量取2mg/ml分散液500ml）并称取相应质量的粉体材料(如：2g)，然后将二者均匀分散于另一种合适的醇溶剂（如：3L异丙醇、异丁醇、正丁醇或正丙醇）中，再将上述混合体系转入反应釜中，并在80℃～200℃条件下处理2～72h，待反应结束后取出反应产物，采用离心或抽滤的方式经水洗、醇洗、干燥后得到石墨烯保型封装的复合材料。本专利技术公开的湿化学反应体系可方便地用于封装各类单质、氧化物、硫化物等化工材料，且易于扩大规模并适用于对依附基体生长的材料的封装。本专利技术合成方法简单便捷、环保高效、弹性大、可操纵性强、易拓展、重现性高、批次稳定，实用性强，重点是攻克了难以构筑石墨烯封装复合结构的科学难题。附图说明图1是本专利技术实施例1制备的石墨烯封装商用硅粉的扫描电子显微镜图（SEM）；图2a、b分别是本专利技术实施例2采用的SnO2和制备的石墨烯封装SnO2的扫描电子显微镜图（SEM）；图3a、b分别是本专利技术实施例3采用的Zn2SnO4和制备的石墨烯封装Zn2SnO4的扫描电子显微镜图（SEM）；图4a、b分别是本专利技术实施例4采用的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2和制备的石墨烯封装LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2三元材料的扫描电子显微镜图（SEM）；图5是本专利技术实施例5一步原位合成的石墨烯封装VO2的扫描电子显微镜图（SEM）；图6a、b分别是本专利技术实施例6制备的Ni本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种实现石墨烯对材料保型封装的合成方法，其特征在于将氧化石墨‑醇分散液与待封装的粉体原料均匀分散于另一种合适的醇溶剂中构成混合体系，其中氧化石墨‑醇分散液：待封装的粉体原料的质量比为4:1～1:20，将上述混合体系转入合适容积的反应釜内，密封后于指定温度下处理一段时间即可得到预期的产物；所述的氧化石墨‑醇分散液质量浓度为≤20mg/ml；其中所述待封装的粉体原料指的是：单质、氧化物或硫化物；所述的氧化石墨‑醇分散液中的醇指的是：丙三醇、乙二醇、乙醇、丙二醇中的一种或几种的混合体（已核对）；所述的另一种合适的醇溶剂指的是：异丙醇、异丁醇、正丁醇、正丙醇中的一种或几种的混合体。

【技术特征摘要】
1.一种实现石墨烯对材料保型封装的合成方法，其特征在于将氧化石墨-醇分散液与待封装的粉体原料均匀分散于另一种合适的醇溶剂中构成混合体系，其中氧化石墨-醇分散液：待封装的粉体原料的质量比为4:1～1:20，将上述混合体系转入合适容积的反应釜内，密封后在80℃～200℃，条件下处理2～72h，待反应结束后取出反应产物，采用离心或抽滤的方式经水洗、醇洗、干燥后得到石墨烯保型封装的复合材料；所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李喜飞，白志民，颜波，李德军，孙学良，
申请(专利权)人：天津师范大学，
类型：发明
国别省市：天津;12