用于制造金属氧化物-石墨烯复合物的方法和组合物的制作方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]随着化石能源的持续减少，人类可能面临严重的能源短缺问题。一方面，由城市化和工业化进程带来的污染也日趋严重；因此，人类正面临着能源和环境保护两大重要社会问题。清洁能源如太阳能和风能是解决上述两个问题的有效方式。能量储存设备在解决太阳能在白天和夜晚的差别和风能季候性的问题中发挥重要作用。电池，尤其是锂电子电池和超级电容器是两种重要类型的能量存储设备。锂电子电池和超级电容器的使用依赖于它们的性能。作为设备的核心，电极材料的性能对它们的性能具有决定性影响，并且常常直接决定了设备的性能。
【发明内容】
[0002]在此公开的某些实施方案包括用于制造金属氧化物-石墨烯复合物的方法，该方法可以包括下述步骤:提供包含分散在液态介质中的石墨烯氧化物和至少一种金属元素(elemental metal)的组合物；以及在密封室内，在高于液态介质标称(nominal)沸点的温度，将该组合物加热，以形成金属氧化物-石墨烯复合物。
[0003]在此公开的某些实施方案包括用于制造金属氧化物-石墨烯复合物的组合物，该组合物可包括:至少一种金属元素；石墨烯氧化物；和液态介质，其中金属元素和石墨烯氧化物分散在液态介质中。
[0004]在此公开的某些实施方案包括通过以下方法获得的金属氧化物-石墨烯复合物，所述方法包括:提供包含分散在液态介质中的石墨烯氧化物和至少一种金属元素的组合物；在密封室内，在高于液态介质标称沸点的温度，将该组合物加热，以形成金属氧化石墨烯复合物；以及将金属氧化物-石墨烯复合物从液态介质分离。
[0005]前述的内容仅作为本发明的说明并不旨在以任何方式限制本发明。除了上述示例性的方面、实施方案和特征之外，通过参考附图和以下详细描述，进一步的方面、实施方案和特征将变得显而易见。
【附图说明】
[0006]将通过下述说明书和随附的权利要求书并参照附图更清晰的阐明本发明的前述和其他特征。应理解，这些附图仅描述根据本公开的若干实施方案，而不应被视为对本发明范围的限定，本发明公开的内容将通过附图得到更详细的说明。
[0007]图1是流程图，其显示了用于制造金属氧化物-石墨烯复合物的方法的一个实例，该方法属于本申请的范围。
[0008]图2显示根据实施例1制备的ZnO-石墨烯复合物的X射线衍射图。
[0009]图3显示根据实施例1制备的ZnO-石墨烯复合物的扫描电镜图。
[0010]图4显示了根据实施例1制备的ZnO-石墨烯复合物的电流-电压分布图(或循环伏安图)。
[0011]图5显示根据实施例2制备的ZnO-石墨烯复合物的X射线衍射图。
[0012]图6显示根据实施例2制备的ZnO-石墨烯复合物的扫描电镜图。
[0013]图7显示根据实施例3制备的Fe2O3-石墨烯复合物的X射线衍射图。
[0014]图8显示根据实施例3制备的Fe2O3-石墨烯复合物的扫描电镜图。
[0015]图9显示根据实施例4制备的Mn3O4-石墨烯复合物的X射线衍射图。
[0016]图10显示根据实施例4制备的Mn3O4-石墨烯复合物的扫描电镜图。
[0017]发明详述
[0018]在下述详细描述中，参考形成说明书一部分的附图。除非上下文明确指定，否则附图中类似的符号通常表示类似的组件。在详细描述、附图和权利要求书中描述的示例性实施方案不意为是限制性的。在不脱离本发明主题的精髓和范围的情况下，可以使用其它实施方案或作出其他改变。应当理解，如本文中一般性描述的和附图中所示例的，本公开的方面可以以各种不同的构造被排列、替换、组合和设计，其均明确地被本发明考虑并属于本公开内容的部分。
[0019]在此公开的某些实施方案包括制造金属氧化物-石墨烯复合物的方法。在某些实施方案中，该方法可包括提供组合物并在密封室内加热该组合物。该组合物可以包括分散在液态介质中的石墨烯氧化物和至少一种金属元素。在某些实施方案中，可以在高于液态介质的标称沸点的温度加热该组合物。
[0020]图1是流程图，显示了制造金属氧化物-石墨烯复合物的方法的一个实施例。制造该复合物的方法可以包括:如模块100所示“提供包括分散在液态介质中的石墨烯氧化物和至少一种金属元素的组合物”;如模块110所示“在密封室内在高于液态介质标称沸点的温度将组合物加热以形成金属氧化物-石墨烯复合物”；以及模块120所示“从液态介质分离金属氧化物-石墨烯复合物”。尽管如图1所示上述操作连续进行，但一个或一个以上的操作可以在大约相同的时间进行。
[0021]在操作100 “提供包括分散在液态介质中的石墨烯氧化物和至少一种金属元素的组合物”，获得合适的组合物用于加工成复合物。所述组合物可以包括分散在液态介质内的至少一种金属元素(如，一种、两种、三种或更多种金属元素)。在某些实施方案中，该组合物只包括一种金属元素。合适的金属元素的非限制性实例包括N1、Mn、Fe、Zn、Sn、Cu和Co。在某些实施方案中，该金属元素不为铝。
[0022]分散在液态介质中的金属元素的量没有具体限制。例如，分散在液态介质中的金属元素的量可以是至少约0.01mg/mL、至少约0.lmg/mL、至少约0.5mg/mL或至少约Img/mL。例如，分散在液态介质中的金属元素的量可以是小于或等于约10mg/mL、小于或等于约5mg/mL、或小于或等于约3mg/mL。在某些实施方案中，分散在液态介质中的金属元素的量可以是约 0.01mg/mL 至约 10mg/mL 或约 0.5mg/mL 至约 5mg/mL。
[0023]例如，金属元素可以以颗粒状分散在液态介质中。例如，锌粉可以分散在液态介质中。颗粒状的平均颗粒尺寸可以是，例如，小于或等于约100 μπκ小于或等于约ΙΟμπκ小于或等于约I μπκ小于或等于约500nm、或者小于或等于约100nm。可以通过标准程序如压碎、研磨、球磨等将金属元素粉碎成颗粒状。
[0024]该组合物还可以包括分散在液态介质中的石墨烯氧化物。本领域公知各种获得石墨烯氧化物的方法，而且本发明并不限于任何具体方法获得的石墨烯氧化物。例如，可以通过Hmnmers法或改良的Hmnmers法获得石墨稀氧化物。例如，石墨稀氧化物可以具有约4:1至约2:1的碳:氧比。
[0025]分散在液态介质中的石墨烯氧化物的量没有具体限制。例如，分散在液态介质中的石墨稀氧化物的量可以是至少约0.005mg/mL、至少约0.01mg/mL、至少约0.05mg/mL、或至少约0.lmg/mL。例如，分散在液态介质中的石墨烯氧化物的量可以是小于或等于约10mg/mL、小于或等于约5mg/mL、小于或等于约lmg/mL、或者小于或等于0.7mg/mL。在某些实施方案中，分散在液态介质中的石墨烯氧化物的量可以是约0.005mg/mL至约10mg/mL或约 0.lmg/mL 至约 lmg/mL。
[0026]金属元素和石墨烯氧化物的相对量也可以变化，例如，以便调整所产生的金属氧化物-石墨烯复合物的组成。例如，金属元素和石墨烯氧化物的重量比可以是至少约1:10、至少约1:5、至少约1:3、至少约1: 1、或至少约3:1。例如，金属元素和石墨烯氧化物的重量比可以是小于或等于约10:1、小于或等于约5:1、小于或等于约3:1、小于或等于约1:1、或者小于或等于约1:3。在某些实施方案中，金属元素和石墨烯氧化物的重量比是约1:10至约10:1或约1:3至约3:1。
[0027]组合物中的液态介质可以是各种液体。例如，液态介质可以是金属元素和石墨烯氧化物可以分散在其中的任何惰性液体。还可以选择液态介质，以便其在实施本方法后容易与复合物分离。在某些实施方案中，液态介质包括质子溶剂。合适的溶剂包括但不限于水和醇类，比如，甲醇、乙醇和异丙醇。在某些实施方案中，液态介质包括水