[发明专利]石墨烯和金属氧化物材料的纳米复合材料

权利要求书

1. 纳米复合材料，包括与石墨烯层相结合的金属氧化物。

2. 权利要求1的纳米复合材料，其中该石墨烯层具有15:1~500:1的碳氧比。

3. 权利要求1的纳米复合材料，其中该石墨烯层具有20:1~500:1的碳氧比。

4. 权利要求1的纳米复合材料，其中该石墨烯层具有400~2630m²/g的表面积。

5. 权利要求1的纳米复合材料，其中该石墨烯层具有600~2630m²/g的表面积。

6. 权利要求1的纳米复合材料，其中所述金属氧化物是M_xO_y，其中M选自由Ti、Sn、Ni、Mn、V、Si、Co及其组合组成的组。

7. 权利要求1的纳米复合材料，其中所述金属氧化物是二氧化钛。

8. 权利要求1的纳米复合材料，其中所述氧化物是氧化锡。

9. 权利要求7的纳米复合材料，其中所述纳米复合材料在大于约10C的充电/放电速率时具有为没有石墨烯层的二氧化钛材料的至少两倍的比容量。

10. 权利要求1的纳米复合材料，其中所述石墨烯层和所述金属氧化物通常均匀分布在整个所述纳米结构上。

11. 权利要求1的纳米复合材料，其中所述石墨烯层具有0.5~50nm的厚度。

12. 权利要求1的纳米复合材料，其中所述石墨烯层具有2~10nm的厚度。

13. 权利要求7的纳米复合材料，其中所述二氧化钛是中孔形式。

14. 权利要求13的纳米复合材料，其中所述中孔二氧化钛是金红石晶体结构。

15. 权利要求13的纳米复合材料，其中所述中孔二氧化钛是锐钛矿晶体结构。

16. 用于形成纳米复合材料的方法，包括以下步骤：

在第一悬浮液中提供石墨烯；

用表面活性剂分散该石墨烯；

在该经分散的石墨烯中添加金属氧化物前体以形成第二悬浮液；和

从该第二悬浮液中将该金属氧化物沉淀在该经分散的石墨烯的至少一个表面上，以形成含结合到至少一个石墨烯层上的至少一种金属氧化物的纳米复合材料。

17. 权利要求16的方法，其中该第一悬浮液至少部分是水悬浮液。

18. 权利要求16的方法，其中该表面活性剂是阴离子表面活性剂。

19. 权利要求18的方法，其中该阴离子表面活性剂是十二烷基硫酸钠。

20. 权利要求16的方法，进一步包括将该第二悬浮液从50℃加热到500℃以浓缩该石墨烯层的表面上的该金属氧化物的步骤。

21. 权利要求16的方法，进一步包括将该第二悬浮液从50℃加热到500℃以除去该表面活性剂的步骤。

22. 能量储存装置，其包括具有设置在纳米结构中的活性金属化合物和至少一个石墨烯层的纳米复合材料。

23. 权利要求22的纳米复合材料，其中该石墨烯层具有15:1~500:1的碳氧比。

24. 权利要求22的纳米复合材料，其中该石墨烯层具有20:1~500:1的碳氧比。

25. 权利要求23的纳米复合材料，其中该石墨烯层具有400~2630m²/g的表面积。

26. 权利要求23的纳米复合材料，其中该石墨烯层具有600~2630m²/g的表面积。

27. 权利要求25的能量储存装置，其中所述纳米复合材料在超过约10C的充电/放电速率时具有没有石墨烯的二氧化钛材料的至少两倍的比容量。

28. 权利要求27的能量储存装置，其中所述石墨烯层和所述金属氧化物通常均匀分布在整个所述纳米结构上。

29. 权利要求28的能量储存装置，其中该能量储存装置是具有阳极、阴极、电解质和集流器的电化学装置。