石墨烯/氧化銅復(fù)合材料是基于三維納米結(jié)構(gòu)材料的制備方法合成的，石墨烯能夠預(yù)防氧化銅在儲(chǔ)鋰化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生聚集和粉化，氧化銅納米顆粒能夠保持相鄰石墨烯片層的分散性。其制備方法主要有模板法、溶膠凝膠法、微波輻射法、自組裝技術(shù)、一鍋合成法、溶劑熱合成法等。

模板法

模板法是以金屬有機(jī)框架作為模板和前驅(qū)體，構(gòu)建不同特性、不同種類的納米結(jié)構(gòu)金屬氧化物和多孔碳材料。

首先，使以金屬銅為基體的金屬有機(jī)框架晶體通過(guò)溶液浸泡方法在三維石墨烯網(wǎng)底物的表面均勻生長(zhǎng)，隨后進(jìn)行熱處理，得到氧化銅貼合在石墨烯表面均勻分布的八面體石墨烯/氧化銅納米復(fù)合材料。

由于高容量八面體氧化銅納米粒子與表面積大、導(dǎo)電性好的三維網(wǎng)格石墨烯形成了相互連通的多孔結(jié)構(gòu)，且兩者之間有協(xié)同作用，故復(fù)合材料作為電極時(shí)性能十分優(yōu)良。

模板法工藝簡(jiǎn)單，在前驅(qū)體基礎(chǔ)上煅燒即可獲得所需的納米多孔狀結(jié)構(gòu)材料。但制備過(guò)程耗時(shí)長(zhǎng)，基體表面和內(nèi)部區(qū)域煅燒不徹底，難以去除內(nèi)部雜質(zhì)離子。

溶膠凝膠法

溶膠凝膠法是用銅鹽加熱水解生成氧化銅，將其置入石墨烯的乙醇?jí)A性溶液中，從而得到球狀氧化銅被石墨烯均勻分離的復(fù)合材料。

溶膠凝膠法工藝流程簡(jiǎn)單，粒子形貌和大小可控，適合工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。但膠體懸浮液中的有機(jī)物會(huì)有殘留，影響復(fù)合材料的性能。

微波輻射法

微波輻射法是利用快速升、降溫使晶粒不過(guò)度長(zhǎng)大，通過(guò)微波照射引起溶劑介質(zhì)內(nèi)部分子運(yùn)動(dòng)摩擦，從而實(shí)現(xiàn)快速發(fā)熱，石墨烯表面內(nèi)孔和納米氧化銅線微孔結(jié)合，縮短了最小的鋰離子傳輸路徑，有效地提高了電化學(xué)性能。

微波輻射法可以控制不同晶面的生長(zhǎng)速度，得到具有特定形貌的均一生長(zhǎng)的納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，也可增加石墨烯表層的缺陷孔洞，提高吸附在石墨烯表面的活性鋰的數(shù)量，從而提高石墨烯的理論電容量。但微波輔助技術(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備要求較高，實(shí)驗(yàn)需在惰性氣氛下進(jìn)行，以減少高能量下的石墨烯/氧化銅材料表面氧化。

自組裝技術(shù)

自組裝技術(shù)利用柯肯達(dá)爾擴(kuò)散效應(yīng)，在硼氫化鈉溶液中誘導(dǎo)納米氧化銅原子向外擴(kuò)散，從而獲得內(nèi)部中空的氧化銅顆粒，再加入石墨烯片進(jìn)行超聲波分散處理，制備得到氧化銅/石墨烯復(fù)合材料。

自組裝技術(shù)制備的氧化銅納米球與石墨烯納米片表面產(chǎn)生協(xié)同作用，減少了電極材料的團(tuán)聚現(xiàn)象，使復(fù)合材料的電化學(xué)性能得到明顯提高。充電過(guò)程中，孔隙和通道的存在也提高了電解質(zhì)進(jìn)入復(fù)合材料內(nèi)部的能力，增加了放電過(guò)程的電容量。但制備過(guò)程中，雜質(zhì)溶液離子也會(huì)被石墨烯表層的官能團(tuán)吸附，使得復(fù)合材料的穩(wěn)定性和循環(huán)電化學(xué)性能降低。

一鍋合成法

一鍋合成法是指將多步化學(xué)反應(yīng)放在一起，沒(méi)有中間產(chǎn)物分離的過(guò)程。

通過(guò)一鍋法將硫酸銅和氨水在堿性條件下反應(yīng)制備的氧化銅納米顆粒以原位沉淀方法固定在氨介質(zhì)中，通過(guò)超聲輔助還原氧化石墨烯片和石墨表面，制備得到石墨烯/氧化銅復(fù)合材料。氧化銅納米顆粒使石墨烯層具有更大的缺陷密度，可以提供更多的電化學(xué)反應(yīng)活化位點(diǎn)，從而提高復(fù)合材料的電化學(xué)性能。

一鍋合成法效率高、操作簡(jiǎn)便，但實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和操作要求較高。

溶劑熱合成法

溶劑熱合成法是溶劑在高溫、高壓狀態(tài)下發(fā)生加速離子反應(yīng)和促進(jìn)分解的化學(xué)反應(yīng)，是目前常見(jiàn)的制備石墨烯/氧化銅復(fù)合材料的方法之一。

溶劑熱合成法工藝簡(jiǎn)單，反應(yīng)時(shí)間短，制備的復(fù)合材料基體分散性好，但容易吸附溶液離子。此外，在堿性條件下水熱生長(zhǎng)納米狀氧化銅會(huì)出現(xiàn)OH-濃度過(guò)高的情況，甚至有氫氧化銅的沉淀產(chǎn)生。

循環(huán)充放電過(guò)程中，片層狀石墨烯為電解液中鋰離子和電子提供了快速傳輸通道，而Cu-O鍵的存在則避免了石墨烯層在放電過(guò)程出現(xiàn)團(tuán)聚。但納米顆粒之間的少量接觸不能保證循環(huán)前后的穩(wěn)定性，可以考慮增加石墨烯表面缺陷程度以連接更多的納米氧化銅顆粒，從而提高復(fù)合材料的穩(wěn)定性。