二氧化钛纳米线-石墨烯纳米纳米复合材料的制备方法技术

二氧化钛纳米线‑石墨烯纳米纳米复合材料的制备方法，涉及二氧化钛纳米线‑石墨烯超级电容器电极材料的制备方法。本发明专利技术要解决二氧化钛作为超级电容器电极材料导电性差和性能较低的问题。首先制备出氧化石墨烯，然后与二氧化钛纳米粉末混合，并在氢氧化钠碱液中进行水热反应，最后将反应产物在盐酸中进行酸化处理和热处理，得到一种具有高比表面积、高性能的超级电容器电极材料。本发明专利技术制备方法具备简单，高效和易于大规模生产的优点。

【技术实现步骤摘要】
二氧化钛纳米线-石墨烯纳米纳米复合材料的制备方法
本专利技术涉及二氧化钛纳米线-石墨烯纳米纳米复合材料的制备方法的制备方法。
技术介绍
超级电容器是一种近年来得到广泛研究的储能设备，它具有比容量大、快速充放电、循环寿命长和放电功率大等优点。在信息通讯、航天航空和国防科技等方面有广泛应用。根据储能机理不同，超级电容器可以分为双电层超级电容器和赝电容超级电容器。双电层电容器，主要是利用电荷在电极和电解液的界面处产生相反电荷的静电吸引从而形成双电层来储存能量，其主要电极材料为碳系材料，如活性炭和碳纳米管。赝电容超级电容器，主要是利用电极表面或附近发生快速且可逆的氧化还原反应来实现储能，其主要材料为过渡金属氧化物和导电聚合物。目前，氧化钌、氧化锰、氧化镍和二氧化钛等过渡金属氧化物被广泛应用在赝电容超级电容器中。尤其是氧化钌可以表现出优秀的赝电容性能，其比电容达到1300F/g，但是由于成本极其昂贵，制备过程中污染严重，因此很难在商业中得到应用。而二氧化钛由于其电化学性质稳定、成本低、无毒和容易制备的优点成为制备超级电容器电极最具潜力的材料之一。二氧化钛纳米线是一种一维结构的纳米材料，同纳米颗粒相比具有更大的比表面积，并且由于结构的特殊性，可以作为电子传输的直接通道，提高了电荷传输的效率。但是由于自身禁带宽度大，导电率差以及比表面积低的问题使得其在超级电容器上的应用并不理想。石墨烯是一种仅有单原子厚度的二维层状结构材料，其中碳原子为sp2杂化。石墨烯具有许多优良的物理和机械性能：如良好的热传导性、电子传导性和机械性能等。因此，将石墨烯与二氧化钛复合是一种十分理想的选择。
技术实现思路
超级电容器是一种近年来得到广泛研究的储能设备，它具有比容量大、快速充放电、循环寿命长和放电功率大等优点。在信息通讯、航天航空和国防科技等方面有广泛应用。根据储能机理不同，超级电容器可以分为双电层超级电容器和赝电容超级电容器。双电层电容器，主要是利用电荷在电极和电解液的界面处产生相反电荷的静电吸引从而形成双电层来储存能量，其主要电极材料为碳系材料，如活性炭和碳纳米管。赝电容超级电容器，主要是利用电极表面或附近发生快速且可逆的氧化还原反应来实现储能，其主要材料为过渡金属氧化物和导电聚合物。目前，氧化钌、氧化锰、氧化镍和二氧化钛等过渡金属氧化物被广泛应用在赝电容超级电容器中。尤其是氧化钌可以表现出优秀的赝电容性能，其比电容达到1300F/g，但是由于成本极其昂贵，制备过程中污染严重，因此很难在商业中得到应用。而二氧化钛由于其电化学性质稳定、成本低、无毒和容易制备的优点成为制备超级电容器电极最具潜力的材料之一。二氧化钛纳米线是一种一维结构的纳米材料，同纳米颗粒相比具有更大的比表面积，并且由于结构的特殊性，可以作为电子传输的直接通道，提高了电荷传输的效率。但是由于自身禁带宽度大，导电率差以及比表面积低的问题使得其在超级电容器上的应用并不理想。石墨烯是一种仅有单原子厚度的二维层状结构材料，其中碳原子为sp2杂化。石墨烯具有许多优良的物理和机械性能：如良好的热传导性、电子传导性和机械性能等。因此，将石墨烯与二氧化钛复合是一种十分理想的选择。附图说明图1为试验一中制备的二氧化钛纳米线放大到5000倍的扫描电镜照片。图2为试验二中制备的二氧化钛纳米线-石墨烯纳米纳米复合材料放大到5000倍的扫描电镜照片。图3为试验五中制备的二氧化钛纳米线-石墨烯纳米纳米复合材料放大到5000倍的扫描电镜照片。图4为试验六中制备的二氧化钛纳米线-石墨烯纳米纳米复合材料放大到5000倍的扫描电镜照片。图5为试验五中制备的二氧化钛纳米线-石墨烯纳米纳米复合材料拉曼图谱。图6位试验五中制备的二氧化钛纳米线-石墨烯纳米纳米复合材料X射线衍射图谱。图7为不同二氧化钛质量制备出的二氧化钛纳米线-石墨烯纳米纳米复合材料的恒电流充放电曲线。图8为试验五，当二氧化钛为0.05g时制备出的二氧化钛纳米线-石墨烯纳米纳米复合材料在1A·g-1的电流密度下，循环1000次之后的循环稳定性曲线。具体实施方式以下结合实例对本专利技术做进一步说明，需要指出的是，以下所述实例旨在便于对本专利技术的理解，而对其不起任何限定作用。具体实施方式一：本实施方式为二氧化钛纳米线-石墨烯纳米纳米复合材料的制备方法，具体按照以下步骤进行的：一、氧化石墨烯的制备：将0.8~1g石墨粉和0.8~1g硝酸钠在冰水浴条件下与46mL的浓硫酸在锥形瓶中混合搅拌25~35mins，在冰水浴条件下向上述混合溶液加入6g高锰酸钾，搅拌45~55mins，得到绿紫色的混合溶液，将绿紫色的混合溶液在35~40℃的条件下保温1h，期间保持适度搅拌，然后加入40~45mL的蒸馏水，在85~95℃的条件下保温35~40mins后停止加热，得到深棕色混合溶液，向深棕色混合溶液加入100mL去离子水和6mL的30~35%过氧化氢，得到亮黄色的混合溶液，然后用质量浓度为5%的盐酸溶液和去离子水反复洗涤亮黄色溶液至pH为6~7，离心收集，冷冻干燥4h，得到氧化石墨烯纳米片;步骤一中离心收集的转速为3000r/min;二、二氧化钛纳米线-石墨烯纳米纳米复合材料的制备：称取步骤一得到的氧化石墨烯0.2g加入到75mL去离子水中，在室温下超声分散2h，得到氧化石墨烯分散液；将0.01~1.2g二氧化钛粉末加入到氧化石墨烯分散液中，先搅拌30~60mins，再超声分散30~60mins，得到混合均匀的二氧化钛与氧化石墨烯的混合分散液；将二氧化钛与氧化石墨烯的混合分散液中加入24~36g氢氧化钠混合，搅拌30mins；再将混合溶液在200~220℃，水热反应22~26h，将水热产物在盐酸中酸洗三次，然后用去离子水清洗至中性，将水洗产物冷冻干燥4~6h，最后将干燥后的产物在氩气保护下450~500℃热处理3h，得到二氧化钛纳米线-石墨烯纳米纳米复合材料；步骤二酸洗时，盐酸的浓度为0.1mol/L；步骤二热处理时的氩气流量为500sccm。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：将0.01~0.033g二氧化钛粉末加入到氧化石墨烯分散液中，先搅拌30~60mins，再超声分散30~60mins，得到混合均匀的二氧化钛与氧化石墨烯的混合分散液，其它与具体实施方式一相同。具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二的不同点是：将二氧化钛与氧化石墨烯的混合分散液中加入24~36g氢氧化钠混合，搅拌30mins，其它与具体实施方式一或二相同。具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：再将混合溶液在200~220℃，水热反应22~26h，将水热产物在盐酸中酸洗三次,然后用去离子水清洗至中性，将水洗产物冷冻干燥4~6h，最后将干燥后的产物在氩气保护下450~500℃热处理3h，得到二氧化钛纳米线-石墨烯纳米纳米复合材料，其它与具体实施方式一至三之一相同。通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.二氧化钛纳米线-石墨烯纳米纳米复合材料的制备方法，其特征在于二氧化钛纳米线-石墨烯纳米纳米复合材料的制备方法是按以下步骤进行的：/n一、氧化石墨烯的制备：将0.8~1 g石墨粉和0.8~1 g硝酸钠在冰水浴条件下与46 mL的浓硫酸在锥形瓶中混合搅拌25~35 mins，在冰水浴条件下向上述混合溶液加入6 g高锰酸钾，搅拌45~55 mins，得到绿紫色的混合溶液，将绿紫色的混合溶液在35~40℃的条件下保温1 h，期间保持适度搅拌，然后加入40~45 mL的蒸馏水，在85~95℃的条件下保温35~40mins后停止加热，得到深棕色混合溶液，向深棕色混合溶液加入100 mL去离子水和6 mL的30~35%过氧化氢，得到亮黄色的混合溶液，然后用质量浓度为5 %的盐酸溶液和去离子水反复洗涤亮黄色溶液至pH为6~7，离心收集，冷冻干燥4 h，得到氧化石墨烯纳米片; 步骤一中离心收集的转速为3000 r/min;/n二、二氧化钛纳米线-石墨烯纳米纳米复合材料的制备：称取步骤一得到的氧化石墨烯0.2 g加入到75 mL去离子水中，在室温下超声分散2 h，得到氧化石墨烯分散液；将0.01~1.2 g二氧化钛粉末加入到氧化石墨烯分散液中，先搅拌30~60 mins，再超声分散30~60mins，得到混合均匀的二氧化钛与氧化石墨烯的混合分散液；将二氧化钛与氧化石墨烯的混合分散液中加入24~36 g氢氧化钠混合，搅拌30 mins；再将混合溶液在200~220℃，水热反应22~26 h，将水热产物在盐酸中酸洗三次，然后用去离子水清洗至中性，将水洗产物冷冻干燥4~6 h，最后将干燥后的产物在氩气保护下450~500℃热处理3 h，得到二氧化钛纳米线-石墨烯纳米纳米复合材料；步骤二酸洗时，盐酸的浓度为0.1 mol/L；步骤二热处理时的氩气流量为500 sccm。/n...

【技术特征摘要】
1.二氧化钛纳米线-石墨烯纳米纳米复合材料的制备方法，其特征在于二氧化钛纳米线-石墨烯纳米纳米复合材料的制备方法是按以下步骤进行的：
一、氧化石墨烯的制备：将0.8~1g石墨粉和0.8~1g硝酸钠在冰水浴条件下与46mL的浓硫酸在锥形瓶中混合搅拌25~35mins，在冰水浴条件下向上述混合溶液加入6g高锰酸钾，搅拌45~55mins，得到绿紫色的混合溶液，将绿紫色的混合溶液在35~40℃的条件下保温1h，期间保持适度搅拌，然后加入40~45mL的蒸馏水，在85~95℃的条件下保温35~40mins后停止加热，得到深棕色混合溶液，向深棕色混合溶液加入100mL去离子水和6mL的30~35%过氧化氢，得到亮黄色的混合溶液，然后用质量浓度为5%的盐酸溶液和去离子水反复洗涤亮黄色溶液至pH为6~7，离心收集，冷冻干燥4h，得到氧化石墨烯纳米片;步骤一中离心收集的转速为3000r/min;
二、二氧化钛纳米线-...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞泽民，朱磊，周子豪，朱明亮，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23