[发明专利]制备基于核-壳石墨烯/聚丙烯腈的碳纳米球的方法

权利要求书

1.一种制备碳核-石墨烯壳材料的方法，所述方法包括:

(a)获得分散体，其包含分散在液体介质中的接枝氧化石墨烯材料和可聚合的碳材料；

(b)使分散体中可聚合的碳材料聚合，以获得分散在液体介质中的涂覆接枝氧化石墨烯的经聚合的碳材料；

(c)从分散体中蒸发液体介质；和

(d)加热涂覆接枝氧化石墨烯的经聚合的碳材料以获得碳核-石墨烯壳材料。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述可聚合的碳材料是丙烯腈(AN)，所述经聚合的碳材料是聚丙烯腈(PAN)，所述碳核是基于PAN的碳核。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中所述聚合步骤(b)包括将聚合引发剂和分散体结合以引发可聚合的碳材料的聚合。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述聚合引发剂是偶氮二异丁腈(AIBN)、过硫酸钾(K₂S₂O₈)、过硫酸钠(Na₂S₂O₈)、或过氧化苯甲酰、或其组合。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述蒸发步骤(c)包括冷冻干燥所述分散体。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述加热步骤(d)包括：

(d)(1)使涂覆氧化石墨烯的经聚合的碳材料在氧气、优选空气的存在下，经受150℃至450℃、优选200℃至400℃、或更优选250℃至350℃的温度，以氧化所述材料；和

(d)(2)使经氧化的材料在惰性气体的存在下，经受700℃至1500℃的温度，以获得碳核-石墨烯壳材料。

7.根据权利要求1所述的方法，其中：

所述可聚合的碳材料是丙烯腈(AN)，所述经聚合的碳材料是聚丙烯腈(PAN)，所述碳核是基于PAN的碳核；

所述聚合步骤(b)包括将聚合引发剂和分散体结合以引发AN的聚合；

所述蒸发步骤(c)包括冷冻-干燥所述分散体；和

所述加热步骤(d)包括：

(d)(1)使涂覆氧化石墨烯的PAN材料在氧气、优选空气的存在下，经受150℃至450℃、优选200℃至400℃、或更优选250℃至350℃的温度，以氧化所述材料；和

(d)(2)使经氧化的材料在惰性气体的存在下，经受700℃至1500℃的温度，以获得基于PAN的碳核-石墨烯壳材料。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中所述接枝氧化石墨烯材料是含氮的接枝氧化石墨烯材料。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述含氮的接枝氧化石墨烯材料是含胺或含酰胺的接枝氧化石墨烯材料，其选自烯丙胺、乙烯胺、4-(乙烯氧基)苯胺、N-(2-氨乙基)丙烯酰胺、N-(3-氨丙基)丙烯酰胺、N-(6-氨己基)丙烯酰胺、或N-(4-氨基苯基)丙烯酰胺。

10.根据权利要求8至9中任一项所述的方法，其中所述含氮的接枝氧化石墨烯材料是通过在溶剂中溶解氧化石墨烯和含氮的接枝剂获得溶液、加热所述溶液使接枝剂接枝到氧化石墨烯而获得的，任选地除去溶剂。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中步骤(a)中的所述接枝氧化石墨烯材料具有1至10层的层厚度和100nm至5000nm的片尺寸。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中所述液体介质是N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、二甲基甲酰胺(DMF)、醇，优选甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、或其组合。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其中获得的碳核-石墨烯壳材料是包含多个碳核-石墨烯壳纳米结构的颗粒形式。