[发明专利]用石墨烯包封金属和金属氧化物的方法以及这些材料的用途

权利要求书

1.纳米颗粒，其包含至少一种选自金属、半金属、金属化合物和半金属化合物的组分A和至少一个石墨烯涂层。

2.根据权利要求1的纳米颗粒，其基于所述纳米颗粒的总重包含：60-97重量%的至少一种组分A，和3-40重量%的作为涂层的石墨烯。

3.根据权利要求1或2的纳米颗粒，其具有1-1000nm的平均直径。

4.根据权利要求1-3中任一项的纳米颗粒，其中所述至少一种组分A选自储存和/或释放锂离子的金属、半金属、金属化合物和半金属化合物。

5.根据权利要求1-4中任一项的纳米颗粒，其中所述至少一种组分A选自Sn、Ge、Si、Pb、Co₃O₄、CuO、SnO₂、SnO、NiO、MoO₂、TiO₂、HfO₂、ZrO₂、ZnO、Al₂O₃、SiO₂、Fe₃O₄、Fe₂O₃、LiFePO₄、MnO₂、RuO₂和含Li氧化物以及Mn、Ni和/或Co的混合氧化物如LiMnO₂、LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn_0.5Ni_1.5O₄和LiMnO₄。

6.一种制备根据权利要求1-5中任一项的纳米颗粒的方法，包括如下步骤：

(a)提供包含悬浮介质和具有正表面电荷的纳米颗粒的悬浮液，其中所述纳米颗粒包含至少一种组分A；

(b)将石墨烯氧化物颗粒添加至所述悬浮液中，所述石墨烯氧化物颗粒聚集在所述纳米颗粒上；和

(c)使聚集在所述纳米颗粒上的石墨烯氧化物颗粒转化成石墨烯。

7.根据权利要求6的方法，其中所述纳米颗粒的正表面电荷通过用官能团对表面进行改性和/或使至少一种阳离子表面活性剂吸附于纳米颗粒的表面上和/或调节悬浮液的pH值而产生。

8.根据权利要求7的方法，其中所述官能团选自带正电荷的官能团和带正电荷的官能团的前体。

9.根据权利要求7或8的方法，其中所述官能团选自NR₂和NR₃⁺，其中各R独立地选自H、C₁-C₆烷基和C₁-C₆羟烷基，且其中一个或多个R可键接至超过一个NR₂和/或NR₃⁺基团上。

10.根据权利要求7-9中任一项的方法，其中所述至少一种阳离子表面活性剂选自季铵化合物。

11.根据权利要求6-10中任一项的方法，其中所述悬浮液包含含水悬浮介质。

12.根据权利要求6-11中任一项的方法，其中通过添加至少一种还原剂而使石墨烯氧化物转化成石墨烯。

13.根据权利要求6-11中任一项的方法，其中通过将石墨烯氧化物涂覆的纳米颗粒在惰性气体气氛下加热至至多600°C达至少1分钟而使石墨烯氧化物转化成石墨烯。

14.根据权利要求1-5中任一项的纳米颗粒作为电化学电池和超级电容器中储存和/或释放锂离子的材料的用途。

15.包含根据权利要求1-5中任一项的纳米颗粒的电化学电池和超级电容器。