一种石墨烯/碳点/二氧化锰复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种石墨烯/碳点/二氧化锰复合材料及其制备方法。其技术方案是：将ZIF‑8在惰性气体和500～1000℃条件下保温1～6h，用浓度为3～5vol％的HCl洗涤，干燥，得到碳点。按照水∶氧化石墨烯∶碳点的质量比为(2～100)∶1∶(1～6)配料，混合，然后于不锈钢水热釜中，在100～600℃条件下水热5～15h，得到黑色溶液。将黑色溶液烘干，得到石墨烯/碳点复合材料；再按水∶石墨烯/碳点复合材料∶高锰酸钾的质量比为(10～100)∶1∶(0.2～2)配料，混合，得到混合液；将混合液在50～150℃条件下油浴1～6h，洗涤，干燥，得到石墨烯/碳点/二氧化锰复合材料。本发明专利技术能有效抑制石墨烯团聚，所制制品能显著提高石墨烯材料的可利用程度和能大幅提高电化学性能。

Graphene / carbon dots / manganese dioxide composite material and preparation method thereof

The invention relates to a graphene / carbon dot / manganese dioxide composite material and a preparation method thereof. The technical scheme is to keep ZIF 8 in inert gas and 500-1000 C for 1-6 hours, wash and dry with HCl concentration of 3-5 vol% to obtain carbon point. According to the mass ratio of water to graphene oxide to carbon point (2-100):1:6), the black solution was obtained by mixing and hydrothermal treatment for 5-15 hours in a stainless steel hydrothermal kettle at 100-600 (?) Graphene/carbon-point composites were obtained by drying the black solution, then the mixture was obtained by mixing the mixture of water:graphene/carbon-point composites:potassium permanganate (10-100):1:0.2-2. Graphene/carbon-point/manganese dioxide compound was obtained by washing and drying the mixture in oil bath for 1-6 hours at 50-150 ~C. Material. The invention can effectively inhibit the agglomeration of graphene, and the product can significantly improve the utilization degree of graphene material and the electrochemical performance.

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯/碳点/二氧化锰复合材料及其制备方法
本专利技术属于石墨烯基复合材料
具体涉及一种石墨烯/碳点/二氧化锰复合材料及其制备方法。
技术介绍
石墨烯是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体，具有理论比表面积大、导电性好、化学稳定性好、热稳定性好、电势窗口较宽以及柔性好等特性(Y.Xuetal.,ACSNano.2013,7,4042；P.Chenetal.,NanoEnergy.2012,2,249；J.Zhangetal.,Chin.J.Chem.2017,35,1601.)，因此，石墨烯被广泛用于超级电容器的电极材料。二氧化锰材料的电化学活性与其晶体结构、微孔结构、孔径、粒度、含水量及比表面积等有着密切的关系。二氧化锰作为电化学电容器电极材料，具有较高的理论比电容(1380Fg-1)，但其导电性差，导致实际比电容较低。将石墨烯与二氧化锰复合可以有效改善这一缺陷(W.W.Liuetal.,ACSNano.2015,2,1528；J.Meietal.,Mater.Lett.2015,143,163.)，从而提高电化学性能。在实际使用中由于范德华力导致石墨烯出现不可逆转的团聚，降低了石墨烯材料的可利用程度(X.J.Luetal.,Mater.Lett.2016,178,304；Y.Liuetal.,Carbon2016,107,426.)。
技术实现思路
本专利技术旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种能够有效抑制石墨烯团聚的石墨烯/碳点/二氧化锰复合材料的制备方法，用该方法制备的石墨烯/碳点/二氧化锰复合材料能有效提高石墨烯材料的可利用程度和能大幅提高电化学性能。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案的步骤是：步骤一、先将ZIF-8在惰性气体和500～1000℃条件下保温1～6h，再用浓度为3～5vol％的HCl洗涤，干燥，得到碳点。步骤二、按照水∶氧化石墨烯∶所述碳点的质量比为(2～100)∶1∶(1～6)，将所述水、所述氧化石墨烯和所述碳点混合，然后置于不锈钢水热釜中，在100～600℃条件下水热5～15h，得到黑色溶液。步骤三、将所述黑色溶液在40～140℃条件下烘干6～36h，得到石墨烯/碳点复合材料；再按水∶石墨烯/碳点复合材料∶高锰酸钾的质量比为(10～100)∶1∶(0.2～2)，将所述水、所述石墨烯/碳点复合材料和所述高锰酸钾混合，得到混合液；将所述混合液在50～150℃条件下油浴1～6h，洗涤，干燥，得到石墨烯/碳点/二氧化锰复合材料。所述惰性气体为氮气或为氩气。由于采用上述技术方案，本专利技术具有如下积极效果：本专利技术在石墨烯层间预插入较小粒径、反应活性较差的碳点，不仅能够有效地改善石墨烯在还原之后的团聚现象，也能抵御在与其他材料(如二氧化锰)复合过程中的材料变质。碳点作为预插入材料，与氧化石墨烯水热还原生成新型的石墨烯/碳点复合材料，采用氧化还原反应制得石墨烯/碳点/二氧化锰复合材料。二氧化锰在附载过程中可以进入石墨烯层间，碳点的加入有效抑制了石墨烯的团聚，使石墨烯层间得以打开，显著提高了石墨烯可利用程度。本专利技术所制备的石墨烯/碳点/二氧化锰复合材料具有较高的电化学性能，以硫酸钠为电解质，石墨烯/碳点/二氧化锰复合材料在5mVs-1的扫描速率下计算得到比电容为367Fg-1。因此，本专利技术能够有效抑制石墨烯团聚，所制备的石墨烯/碳点/二氧化锰复合材料能显著提高石墨烯材料的可利用程度和能大幅提高电化学性能。附图说明图1是本专利技术制备的一种石墨烯/碳点/二氧化锰复合材料的TEM图；图2是图1所示的石墨烯/碳点/二氧化锰复合材料的循环伏安曲线。具体实施方式下面结合附图和具有实施方式对本专利技术作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。实施例1一种石墨烯/碳点/二氧化锰复合材料及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是：步骤一、先将ZIF-8在惰性气体和500～600℃条件下保温1～2h，再用浓度为3～5vol％的HCl洗涤，干燥，得到碳点。步骤二、按照水∶氧化石墨烯∶所述碳点的质量比为(2～20)∶1∶(1～2)，将所述水、所述氧化石墨烯和所述碳点混合，然后置于不锈钢水热釜中，在100～200℃条件下水热5～7h，得到黑色溶液。步骤三、将所述黑色溶液在40～60℃条件下烘干6～12h，得到石墨烯/碳点复合材料；再按水∶石墨烯/碳点复合材料∶高锰酸钾的质量比为(10～20)∶1∶(0.2～0.6)，将所述水、所述石墨烯/碳点复合材料和所述高锰酸钾混合，得到混合液；将所述混合液在50～70℃条件下油浴1～2h，洗涤，干燥，得到石墨烯/碳点/二氧化锰复合材料。所述惰性气体为氮气。实施例2一种石墨烯/碳点/二氧化锰复合材料及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是：步骤一、先将ZIF-8在惰性气体和600～700℃条件下保温2～3h，再用浓度为3～5vol％的HCl洗涤，干燥，得到碳点。步骤二、按照水∶氧化石墨烯∶所述碳点的质量比为(20～40)∶1∶(2～3)，将所述水、所述氧化石墨烯和所述碳点混合，然后置于不锈钢水热釜中，在200～300℃条件下水热7～9h，得到黑色溶液。步骤三、将所述黑色溶液在60～80℃条件下烘干12～18h，得到石墨烯/碳点复合材料；再按水∶石墨烯/碳点复合材料∶高锰酸钾的质量比为(20～40)∶1∶(0.6～1)，将所述水、所述石墨烯/碳点复合材料和所述高锰酸钾混合，得到混合液；将所述混合液在70～90℃条件下油浴2～3h，洗涤，干燥，得到石墨烯/碳点/二氧化锰复合材料。所述惰性气体为氩气。实施例3一种石墨烯/碳点/二氧化锰复合材料及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是：步骤一、先将ZIF-8在惰性气体和700～800℃条件下保温3～4h，再用浓度为3～5vol％的HCl洗涤，干燥，得到碳点。步骤二、按照水∶氧化石墨烯∶所述碳点的质量比为(40～60)∶1∶(3～4)，将所述水、所述氧化石墨烯和所述碳点混合，然后置于不锈钢水热釜中，在300～400℃条件下水热9～11h，得到黑色溶液。步骤三、将所述黑色溶液在80～100℃条件下烘干18～24h，得到石墨烯/碳点复合材料；再按水∶石墨烯/碳点复合材料∶高锰酸钾的质量比为(40～60)∶1∶(1～1.4)，将所述水、所述石墨烯/碳点复合材料和所述高锰酸钾混合，得到混合液；将所述混合液在90～110℃条件下油浴3～4h，洗涤，干燥，得到石墨烯/碳点/二氧化锰复合材料。所述惰性气体为氮气。实施例4一种石墨烯/碳点/二氧化锰复合材料及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是：步骤一、先将ZIF-8在惰性气体和800～900℃条件下保温4～5h，再用浓度为3～5vol％的HCl洗涤，干燥，得到碳点。步骤二、按照水∶氧化石墨烯∶所述碳点的质量比为(60～80)∶1∶(4～5)，将所述水、所述氧化石墨烯和所述碳点混合，然后置于不锈钢水热釜中，在400～500℃条件下水热11～13h，得到黑色溶液。步骤三、将所述黑色溶液在100～120℃条件下烘干24～30h，得到石墨烯/碳点复合材料；再按水∶石墨烯/碳点复合材料∶高锰酸钾的质量比为(60～80)∶1∶(1.4～1.8)，将所述水、所述石墨烯/碳点复合材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯/碳点/二氧化锰复合材料的制备方法，其特征在于所述制备方法的步骤是：步骤一、先将ZIF‑8在惰性气体和500～1000℃条件下保温1～6h，再用浓度为3～5vol％的HCl洗涤，干燥，得到碳点；步骤二、按照水∶氧化石墨烯∶所述碳点的质量比为(2～100)∶1∶(1～6)，将所述水、所述氧化石墨烯和所述碳点混合，然后置于不锈钢水热釜中，在100～600℃条件下水热5～15h，得到黑色溶液；步骤三、将所述黑色溶液在40～140℃条件下烘干6～36h，得到石墨烯/碳点复合材料；再按水∶石墨烯/碳点复合材料∶高锰酸钾的质量比为(10～100)∶1∶(0.2～2)，将所述水、所述石墨烯/碳点复合材料和所述高锰酸钾混合，得到混合液；将所述混合液在50～150℃条件下油浴1～6h，洗涤，干燥，得到石墨烯/碳点/二氧化锰复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯/碳点/二氧化锰复合材料的制备方法，其特征在于所述制备方法的步骤是：步骤一、先将ZIF-8在惰性气体和500～1000℃条件下保温1～6h，再用浓度为3～5vol％的HCl洗涤，干燥，得到碳点；步骤二、按照水∶氧化石墨烯∶所述碳点的质量比为(2～100)∶1∶(1～6)，将所述水、所述氧化石墨烯和所述碳点混合，然后置于不锈钢水热釜中，在100～600℃条件下水热5～15h，得到黑色溶液；步骤三、将所述黑色溶液在40～140℃条件下烘干6～36h，得到石墨烯/碳点复合材料；再按水∶石墨烯/碳点复合材料∶...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾华志，张黎星，陈尧，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42