1.一种硫-活性炭/石墨烯复合材料,其特征在于:由硫负载在活性炭/石墨烯复合材料上或材料内组成;所述的硫-活性炭/石墨烯复合材料的组成为:硫的质量百分含量为10 %~90 %,活性炭/石墨烯复合材料的质量百分含量为10 %~90%;硫以原子团簇的形态被吸附或者键合在石墨烯和/或活性碳上。
2.如权利要求1所述的硫-活性炭/石墨烯复合材料,其特征在于:活性炭/石墨烯复合材料能被杂原子掺杂的石墨烯或活性炭复合形成纳米复合多级孔的碳材料;杂原子掺杂键合在石墨烯上,或掺杂键合在活性炭和分级多孔碳上;硫被吸附或键合在石墨烯上和/或多孔碳活性炭以及氮掺杂碳材料上,具有协同作用。
3.如权利要求1所述的硫-活性炭/石墨烯复合材料,其特征在于:所述的活性炭/石墨烯复合材料中活性炭的质量百分含量为1~99%,石墨烯的质量百分含量为1~99%;活性炭呈岛状或棉花状和0.5-300nm分级孔结构,并生长在石墨烯上;该材料具有石墨烯和活性炭的双重功能,具有sp2 C-C碳键和sp3 C-C碳键以及sp2 碳与sp3碳的杂化键合。
4.如权利要求1~3任一项所述的硫-活性炭/石墨烯复合材料,其特征在于:所述的石墨烯包含纯石墨烯、杂原子掺杂的石墨烯中的一种;石墨烯中杂原子的质量百分含量为0~40 %。
5.如权利要求4所述的硫-活性炭/石墨烯复合材料,其特征在于:所述的杂原子掺杂石墨烯包含氮掺杂石墨烯、磷掺杂石墨烯、硫掺杂石墨烯、硼掺杂石墨烯、氮磷共掺杂石墨烯、氮硫共掺杂石墨烯、氮硼共掺杂石墨烯、磷硫共掺杂石墨烯、磷硼共掺杂石墨烯、硫硼共掺杂石墨烯、氮磷硫共掺杂石墨烯、氮磷硼共掺杂石墨烯、氮硫硼共掺杂石墨烯、磷硫硼共掺杂石墨烯、氮磷硫硼共掺杂石墨烯中的一种。
6.如权利要求1~3任一项所述的硫-活性炭/石墨烯复合材料,其特征在于:所述的活性炭来源于生物质原料,包含纯活性炭、杂原子掺杂的活性炭中的一种;活性炭中杂原子的百分含量为0~40 %。
7.如权利要求6所述的硫-活性炭/石墨烯复合材料,其特征在于:所述的杂原子掺杂活性炭包含氮掺杂活性炭、磷掺杂活性炭、硫掺杂活性炭、硼掺杂活性炭、氮磷共掺杂活性炭、氮硫共掺杂活性炭、氮硼共掺杂活性炭、磷硫共掺杂活性炭、磷硼共掺杂活性炭、硫硼共掺杂活性炭、氮磷硫共掺杂活性炭、氮磷硼共掺杂活性炭、氮硫硼共掺杂活性炭、磷硫硼共掺杂活性炭、氮磷硫硼共掺杂活性炭中的一种。
8.如权利要求1所述的硫-活性炭/石墨烯复合材料,其特征在于:所述复合材料的制备方法为:包含以下步骤:
(1)生物质原料预处理;
生物质原料的预处理包含预干燥、破碎、筛分、洗涤、固液分离、烘干中的一步或两步以上;
生物质原料包含农林业资源及废弃物、轻工业资源及废弃物中的一种或两种以上;
(2)预处理过的生物质原料与石墨烯和活化剂混合,形成固体混合物料;
所述石墨烯为纯石墨烯或杂原子掺杂的石墨烯中的一种;
所述的活化剂包含KOH、NaOH、ZnCl2、K2CO3、Na2CO3、H3PO4、H2SO4中的一种;
混合方式采用浸渍、搅拌、超声、高速剪切、球磨中的一种;
(3)固体混合物料经活化、洗涤、固液分离、干燥,得到活性炭/石墨烯复合材料;
固体物料的活化温度为350~1050℃;活化时间为 20min~96h;
活化后物料的洗涤使用水、水溶性无机酸、水溶性有机酸、水溶性无机碱、水溶性有机碱中的一种;
固液分离使用多孔聚合物袋或膜进行;
干燥方式为冷冻干燥、鼓风或真空干燥中的一种;
(4)活性炭/石墨烯复合材料与硫复合,得到硫-活性炭/石墨烯复合材料;
复合过程包括提纯、固液分离、干燥,硫与活性炭/石墨烯复合材料的复合方式使用以下方式中的任一种:
1)液相浸渍法包含以下步骤:
①硫源分散在溶剂中;所述硫源与溶剂的混合方法采用浸渍、超声、搅拌、球磨、高速剪切中的一种;
②硫源与活性炭/石墨烯复合材料混合,固液分离,干燥,得到硫-活性炭/石墨烯复合材料;
2)加热熔融法包含以下步骤:
①硫源与活性炭/石墨烯复合材料混合热处理,得到粗制的硫-活性炭/石墨烯复合材料;所述的加热熔融法中硫源与活性炭/石墨烯复合材料的混合方式为机械混合、超声混合中的一种;所述机械混合包含球磨或搅拌;
②粗制的硫-活性炭/石墨烯复合材料提纯,固液分离,干燥,得到硫-活性炭/石墨烯复合材料;
3)高能球磨法包含以下步骤:
①硫源与活性炭/石墨烯复合材料混合研磨,得到粗制的硫-活性炭/石墨烯复合材料;
②粗制的硫-活性炭/石墨烯复合材料提纯,固液分离,干燥,得到硫-活性炭/石墨烯复合材料;
4)沉淀法包含以下步骤:硫源溶液与活性炭/石墨烯复合材料混合,加入沉淀剂,固液分离,提纯,干燥;
所述硫源与活性炭/石墨烯复合材料的混合方式包含磁力或机械搅拌混合、超声混合中的一种;
5)溶剂热法包含以下步骤:
①硫源、溶剂与活性炭/石墨烯复合材料混合,溶剂热反应,固液分离,得到粗制的硫-活性炭/石墨烯复合材料;
②复合材料提纯,固液分离,干燥,得到硫-活性炭/石墨烯复合材料。
9.一种权利要求1~8任一项所述的硫-活性炭/石墨烯复合材料在锂硫电池中的应用。
10.如权利要求9所述的应用,其特征在于:所述的锂硫电池具有以下特征:硫-活性炭/石墨烯复合材料为正极材料,负极为石墨烯/锂或者金属锂片,电池循环1000次以上后仍然保留500毫安时/克的比电容量,库伦效率达到99.0%以上。