本发明专利技术涉及一种石墨烯/四氧化三锰复合材料及其制备方法。一种石墨烯/四氧化三锰复合材料，其特征在于，它是以石墨粉、浓硫酸、硝酸钠、高锰酸钾、四水乙酸锰为基质材料，采用改进Hummers’法制备氧化石墨烯，采用溶剂热法进一步制备得到石墨烯/四氧化三锰复合材料；其步骤为：1-2g石墨粉与20-40mL浓硫酸混合，加入100-200mg硝酸钠搅拌后，水浴加入1-3g高锰酸钾，将浓度为4.00-5.00mg/mL的氧化石墨烯分散液分散于乙醇-水混合溶剂中，氧化石墨烯与四水乙酸锰质量比为1:1-1:30，其后在160℃-200℃条件下反应8-12小时。本方法操作简单，成本低，对设备无特殊要求，可应用于超级电容器、电池、汽车、军用设施等领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及石墨稀复合材料领域，具体涉及一种石墨稀/四氧化三猛复合材料(水凝胶和固态)及其制备方法。
技术介绍
近年来，石油资源日益短缺、能源需求的急剧扩张，开发一种清洁、储能密度高的设备迫在眉睫。相较于传统电容器和电池，超级电容器因具有高能量密度、高功率密度、长循环寿命等优点而广泛应用于汽车、军用设施、电器等领域。电极材料是影响超级电容器性能的决定性因素，可分为碳素材料、金属氧化物材料及导电聚合物材料等三类。碳素材料虽比表面大、导电性好，但其比电容相对较小、能量密度不高从而限制其发展；金属氧化物材料具有高比电容、稳定性好，但导电性差、电势窗口过窄不利于超级电容器性能的发挥；导电聚合物材料则因其比电容大、电势窗口宽而成为超级电容器电极材料的理想研究对象。石墨烯是一种由碳原子sp2杂化成六边形晶格的二维单层片状材料，其强度高、传导性高、比表面积大，可作为电极材料助剂。由于石墨烯片层间存在范德华力，导致片层易团聚，比表面积较小，其物理化学性质受影响，因而需与其它物质复合以改善其性能。锰氧化合物具有高比电容，Μη304仅拥有单一黑锰矿结构，易制备出高纯度样品，但其电导率低，单独作为电极材料无法发挥优良性能。将石墨烯及Μη304复合可以使电极材料性能更优，不仅可以解决石墨稀易团聚的问题，亦能改善Μη304低电导率。为了得到电学性能优良的石墨烯及石墨烯锰氧化合物复合材料，研究者们开展了一系列的研究。2012年，南洋理工大学学者Hongcai Gao等人在氧化石墨中加入还原型谷胱甘肽95°C下无搅拌反应3小时，生成三维空隙联通状石墨烯水凝胶；同样条件下，搅拌生成还原氧化石墨烯，并采用透析除去多余还原型谷胱甘肽。同年，加拿大学者NathalieLavoie等采用退火方法将氧化石墨烯制备为还原氧化石墨烯，并加入十二烷基硫酸钠在氩气气氛下退火反应进一步生成用于锂电池基板的石墨烯/四氧化三锰材料，Μη304呈针状包裹石墨烯。中国专利(专利公开号:CN104022262A)公开了一种石墨烯复合材料及其制备方法，以硫酸锰为锰源采用微爆炸法反应制备出四氧化三锰/石墨烯复合材料。中国专利(专利公开号:CN103771406A)公开了一步水热法制备石墨烯/四氧化三锰纳米复合材料的方法，将高锰酸盐、还原剂依次加入石墨烯中，在80-120°C下反应制得，该复合材料具有开放的孔状结构。未检索到与相同的专利。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，该方法工艺简单、操作方便。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是:一种石墨烯/四氧化三锰复合材料，其特征在于，它是以石墨粉、浓硫酸、硝酸钠、高锰酸钾、四水乙酸锰为基质材料，采用改进Hmnmers’法制备氧化石墨稀，采用溶剂热法进一步制备得到石墨稀/四氧化三猛复合材料；其步骤为:l_2g石墨粉与20-40mL浓硫酸混合，加入100-200mg硝酸钠搅拌后，水浴加入l_3g高锰酸钾，将浓度为4.00-5.00mg/mL的氧化石墨烯分散液分散于乙醇-水混合溶剂:V* =2:1-1:2的乙醇、水混合溶剂)中，氧化石墨烯与四水乙酸锰质量比为1:1-1:30，其后在160°C _200°C条件下反应8_12小时。石墨烯/四氧化三锰复合材料(水凝胶)呈黑色圆柱果冻状，石墨烯/四氧化三锰复合材料的四氧化三锰均匀分布于纱网状石墨烯中。本专利技术所提供的一种石墨烯/四氧化三锰复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)将l-2g石墨粉与20-40mL浓H2S0jg合，室温下搅拌24小时； 2)在40°C水浴中加入100-200mg硝酸钠并搅拌5分钟，其后在小于5°C的水浴中缓慢加入l_3g高锰酸钾并搅拌30分钟； 3)分两次加入3mL蒸馏水，均等待5分钟，再加入40mL蒸馏水，温度升至90°C并搅拌15分钟； 4)停止水浴，加入140mL蒸馏水及10mL双氧水，搅拌5分钟后终止反应； 5)使用离心机7500r/min离心3min，用质量分数为5%的稀HC1溶液洗涤，重复两次，其后使用离心机8000r/min离心3min，用蒸馏水洗涤三次到中性； 6)将沉淀物分散在100mL蒸馏水中，90kHz超声30min;将所得的溶液以8000r/min离心5min，上层清液即为氧化石墨稀溶液；经60°C烘箱干燥后，即得到氧化石墨稀； 7)将35mL浓度为4.00-5.00mg/mL的氧化石墨烯溶液加入到35mL乙醇-水混合溶剂(V乙醇:V水=2:1-1:2)并搅拌； 8)将四水乙酸锰加入以上溶液中，其中氧化石墨烯与四水乙酸锰质量比为1:1-1:30，搅拌2小时，溶解后置于反应釜中，在160-200°C下反应8-12小时，自然冷却后取出即得石墨烯/四氧化三锰水凝胶(所得水凝胶呈黑色圆柱果冻状，外形新颖)； 9)用无水乙醇及去离子水分别洗涤三次，置于60°C烘箱内干燥，得到石墨烯/四氧化三锰复合材料(为三维孔状复合材料)。以饱和K2S(VK溶液为电解质，扫描速度为5mv/s时，石墨烯/四氧化三锰复合材料的电容为 136.4F/g-246.7F/g。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点:1)本专利技术采用溶剂热法制备石墨烯/Μη304复合材料，工艺简单，操作方便；2)本专利技术合成的石墨烯/ Μη 304水凝胶呈黑色圆柱果冻状；3)本专利技术合成的石墨烯/ Μη304复合材料可用于超级电容器、电池、汽车、军用设施等领域。本专利技术为深入研究石墨烯复合材料水凝胶的制备技术及石墨烯/ Μη304复合材料提供很好的基础，也为改善石墨烯电化学性能的研究提供思路。【附图说明】图1为本专利技术实施例1中石墨烯/ Μη304复合材料的XRD图； 图2为本专利技术实施例1中石墨烯/ Μη304复合材料的拉曼图谱； 图3为本专利技术实施例1中石墨烯/ Μη304复合材料的红外图谱； 图4为本专利技术实施例2中石墨烯20 μ m标尺下SEM图谱； 图5为本专利技术实施例2中石墨烯/ Μη304复合材料4 μ m标尺下SEM图谱； 图6为本专利技术实施例1中石墨稀/ Μη304复合材料200nm标尺下TEM图谱； 图7为本专利技术实施例1中石墨稀/ Μη304复合材料20nm标尺下TEM图谱； 图8为本专利技术实施例2中石墨烯/ Μη304复合材料的TG-DSC曲线； 图9为本专利技术实施例1，2，3，4中石墨烯/ Μη304复合材料的电化学性能曲线；其中，a为本专利技术实施例1在不同扫描速度时的循环伏安曲线，b为本专利技术实施例1，2，3，4在5mv/s扫描速度时循环伏安曲线； 图10为本专利技术实施例2石墨烯/ Μη304水凝胶图。【具体实施方式】为了更好地理解本专利技术，下面结合实例进一步阐明本专利技术的内容，但本专利技术不仅仅局限于下面的实施例。实施例1: 一种石墨烯/四氧化三锰复合材料的制备方法，包括以下步骤: 1)将lg石墨粉与23mL浓H2S04(质量浓度为98wt%，以下相同)混合，室温下搅拌24小时； 2)在40°C水浴中加入lOOmg硝酸钠并搅拌5分钟，其后在小于5°C的水浴中缓慢加入1.5g高锰酸钾并搅拌30分钟； 3)分两次缓慢加入3mL蒸馏水，均等待5分钟，再加入40mL蒸馏水，温度升至90°C并搅拌15分钟； 4)停止水浴，加入140本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种石墨烯/四氧化三锰复合材料，其特征在于，它是以石墨粉、浓硫酸、硝酸钠、高锰酸钾、四水乙酸锰为基质材料，采用改进Hummers’法制备氧化石墨烯，采用溶剂热法进一步制备得到石墨烯/四氧化三锰复合材料；其步骤为：1‑2g石墨粉与20‑40mL浓硫酸混合，加入100‑200mg硝酸钠搅拌后，水浴加入1‑3g高锰酸钾，将浓度为4.00‑5.00mg/mL的氧化石墨烯分散液分散于乙醇‑水混合溶剂中，氧化石墨烯与四水乙酸锰质量比为1:1‑1:30，其后在160℃‑200℃条件下反应8‑12小时。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李宏，龙羽婷，谢君樑，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。