一种石墨烯量子点/硬碳异质结材料及其制备方法及负极材料和钾离子扣式电池技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯量子点/硬碳异质结材料及其制备方法及负极材料和钾离子扣式电池，该石墨烯量子点/硬碳异质结材料制备方法为在惰性气氛以及密封条件下，对纤维素进行热处理，同时对纤维素施加压力，得到所述石墨烯量子点/硬碳的异质结材料；压力100～500Pa。该方法通过对纤维素前体热处理同时施加微压力以抑制纤维素前体热解气态小分子逸出。在升温过程中，气态小分子形成石墨烯量子点同时纤维素前驱体主体结构形成硬碳。该方法工艺简单、灵活可控、高性能、效率高。将制备得到的石墨烯量子点/硬碳异质结应用于钾离子扣式电池的负极材料时，产物性能优异。产物性能优异。

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯量子点/硬碳异质结材料及其制备方法及负极材料和钾离子扣式电池


[0001]本专利技术属于微纳电池制造领域，涉及一种石墨烯量子点/硬碳异质结材料及其制备方法及负极材料和钾离子扣式电池。

技术介绍

[0002]量子点结构具有大的比表面积、边缘突出和更多的活性位点等特点，在电子器件、传感器、二次电池、催化、光电探测器等领域具有巨大的潜在应用。此外，作为一种结构高度可调节的二维材料，当硬碳与其他材料组装成异质结构时，其在促进储能性能方面表现出强烈的协同效应。这些复合物的储能性能的提高归因于导电性的改善、界面结构的优化以及碱金属离子与硬碳之间强烈的法拉第相互作用。迄今为止，人们对二维材料异质结构的制备方法进行了一系列探索，包括化学气相沉积、干法转移以及湿法转移等，但这些方法制备得到的异质结普遍尺寸相对较大，工艺复杂缺点，无法满足当前高效储能的迫切要求。而量子点异质结构具有丰富的边缘活性位点与高效的电荷转移等特点，这些特性都使其成为优异的储能材料。但由于量子点尺寸较小，常规制备方法较难实现耦合效果好的量子点异质结，目前报道的碳点与还原氧化石墨烯复合材料通过物理堆积法制备，得到的异质结材料的结合性能较差，进而界面电子传输较弱，储能性能依然不能满足实际需求。

技术实现思路

[0003]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种石墨烯量子点/硬碳异质结材料及其制备方法及负极材料和钾离子扣式电池，从而通过简单的制备方法得到具有机械强度突出以及良好储能性能的石墨烯量子点/硬碳的异质结材料。
[0004]本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0005]一种石墨烯量子点/硬碳异质结材料的制备方法，包括在惰性气氛以及密封条件下，对纤维素进行热处理，同时对纤维素施加压力，得到所述石墨烯量子点/硬碳的异质结材料；所述压力为100～500Pa。
[0006]优选的，所述纤维素为天然纤维素、人工合成纤维素和包含纤维素的复合材料中的任意一种。
[0007]优选的，对所述纤维素施加压力的过程具体为：将纤维素置于水平放置的石墨板或刚玉板之间，以对所述纤维素施加压力。
[0008]优选的，所述惰性气氛为氦气和氩气中的一种。
[0009]优选的，所述热处理过程具体为：热处理的温度为1000～1600℃。
[0010]一种石墨烯量子点/硬碳异质结材料，通过上述的制备方法制得。
[0011]优选的，所述异质结材料中石墨烯量子点的直径小于10nm；所述硬碳层间距为所述异质结材料的拉伸强度大于0.06N
·
mm
‑1。
[0012]一种负极材料，包含上述的石墨烯量子点/硬碳异质结材料。
[0013]一种钾离子扣式电池，包含上述的负极材料。
[0014]优选的，所述钾离子扣式电池在30mA
·
g
‑1的电流密度下，可逆容量为120～337mAh
·
g
‑1，在1000mA
·
g
‑1的电流密度下，可逆容量为31～106mAh
·
g
‑1。
[0015]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0016]一种石墨烯量子点/硬碳异质结材料的制备方法，通过在在惰性气氛以及密封条件下，对纤维素进行热处理，在该过程中，纤维素热解产生左旋葡聚糖等气态小分子，在热处理的过程中，对纤维素施加100～500Pa的压力，该压力一方面避免了产生的小分子完全逸出纤维素，另一方面避免了高压作用对材料晶体结构的本质改变。微小的压力使得产生的小分子被截留在剩余的纤维素主结构中，在热处理的条件下，被截留的位于纤维素主结构中的小分子形成石墨烯量子点，而剩余的纤维素主结构在热处理过程中形成硬碳，两者有效形成了异质结结构。本方法设计合理，操作便捷，成本低廉，仅通过同一衍生前体，即一种原料，采用化学法一步实现石墨烯量子点/硬碳二维范德华异质结的制备。
[0017]进一步的，石墨板或刚玉板的稳定性良好，在热处理过程中不会发生物相的变化，有效保证了产物的纯度。
[0018]进一步的，热处理的温度为1000～1600℃可有效提高石墨烯量子点的结晶性。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0020]图1为本专利技术实施例1制得的石墨烯量子点/硬碳异质结材料的透射电子扫描图；
[0021]图2为本专利技术实施例1制得的石墨烯量子点/硬碳异质结材料在另一放大倍率下的透射电子扫描图；
[0022]图3为本专利技术实施例1制得的石墨烯量子点/硬碳异质结材料的拉伸强度曲线；
[0023]图4为本专利技术实施例1制得的石墨烯量子点/硬碳异质结的选区电子衍射图谱；
[0024]图5为本专利技术实施例1～3制得的石墨烯量子点/硬碳异质结的X射线衍射图；
[0025]图6为本专利技术实施例1制得的石墨烯量子点/硬碳异质结的倍率性能图；
[0026]图7为本专利技术实施例2制得的石墨烯量子点/硬碳异质结材料的透射电子扫描图；
[0027]图8为本专利技术实施例3制得的石墨烯量子点/硬碳异质结的透射电子扫描图；
具体实施方式
[0028]为使本领域技术人员可了解本专利技术的特点及效果，以下谨就说明书及权利要求书中提及的术语及用语进行一般性的说明及定义。除非另有指明，否则文中使用的所有技术及科学上的字词，均为本领域技术人员对于本专利技术所了解的通常意义，当有冲突情形时，应以本说明书的定义为准。
[0029]本文描述和公开的理论或机制，无论是对或错，均不应以任何方式限制本专利技术的范围，即本
技术实现思路
可以在不为任何特定的理论或机制所限制的情况下实施。
[0030]本文中，所有以数值范围或百分比范围形式界定的特征如数值、数量、含量与浓度
仅是为了简洁及方便。据此，数值范围或百分比范围的描述应视为已涵盖且具体公开所有可能的次级范围及范围内的个别数值(包括整数与分数)。
[0031]本文中，若无特别说明，“包含”、“包括”、“含有”、“具有”或类似用语涵盖了“由
……
组成”和“主要由
……
组成”的意思，例如“A包含a”涵盖了“A包含a和其他”和“A仅包含a”的意思。
[0032]本文中，为使描述简洁，未对各个实施方案或实施例中的各个技术特征的所有可能的组合都进行描述。因此，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，各个实施方案或实施例中的各个技术特征可以进行任意的组合，所有可能的组合都应当认为是本说明书记载的范围。
[0033]本专利技术提供了一种石墨烯量子点/硬碳异质结材料的制备方法，包括以下步骤：将纤维素置于水平放置的两片石墨板或刚玉板中间，对其本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯量子点/硬碳异质结材料的制备方法，其特征在于，包括在惰性气氛以及密封条件下，对纤维素进行热处理，同时对纤维素施加压力，得到所述石墨烯量子点/硬碳的异质结材料；所述压力为100～500Pa。2.根据权利要求1所述的一种石墨烯量子点/硬碳异质结材料的制备方法，其特征在于，所述纤维素为天然纤维素、人工合成纤维素和包含纤维素的复合材料中的任意一种。3.根据权利要求1所述的一种石墨烯量子点/硬碳异质结材料的制备方法，其特征在于，对所述纤维素施加压力的过程具体为：将纤维素置于水平放置的石墨板或刚玉板之间，以对所述纤维素施加压力。4.根据权利要求1所述的一种石墨烯量子点/硬碳异质结材料的制备方法，其特征在于，所述惰性气氛为氦气和氩气中的一种。5.根据权利要求1所述的一种石墨烯量子点/硬碳异质结材料的制备方法，其特征在于，所述热处理过程具体为：热处理的温度为1000～1600℃。6.一种石墨烯量子点/硬碳异质结材料，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓旭，计天溢，李洋，刘辉，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：