本发明专利技术公开了一种铂/石墨烯纳米复合材料及其制备方法与应用。本发明专利技术以γ射线或电子束辐射诱导一步还原氧化石墨与铂金属前驱体，得到了铂负载量为1.0～15wt％的Pt/RGO纳米复合材料。Pt纳米粒子均匀分布在RGO片层上，其平均直径为1.8nm，粒径分布在2nm以内。铂金属纳米粒子的负载可以提高氧化石墨的还原程度、产物的导电性和石墨烯片层的表面利用率。相较于氧化石墨和单纯的石墨烯，本方法所制备的纳米复合材料应用在超级电容器电极材料上时有更高的比电容和更好的大电流倍率性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种钼/石墨烯纳米复合材料及其制备方法与应用。
技术介绍
超级电容器是性能介于传统 电容器和电池之间的一种新型储能装置，兼有电池高比能量和传统电容器高比功率的特点。此外，超级电容器还具有循环寿命长、能瞬间大电流充放电、工作温度范围宽等优点，因此，它在信息存储、通讯工程、电动汽车等领域有着独特的应用优势和广阔的应用前景。超级电容器根据储能机理的不同，可分为电化学双电层电容器(Electric double layer capacitors)和法拉第准电容器(Faradicpseudocapacitors)。双电层电容器的储能是基于碳电极/电解液界面上双电层的电荷分离，其充放电过程是一个单纯的静电过程，没有电化学反应发生；准电容器的工作原理则是基于金属氧化物或导电聚合物的表面快速、可逆的法拉第反应产生的准电容来进行充放电。碳材料具有高比表面积、高性价比、结构稳定等优点，是电化学双电层电容器最常用的电极材料。但一般碳材料(如碳纳米管)的比电容较低，因此寻找新型碳材料或其复合材料来提高超级电容器的比电容成为研究热点。石墨烯是一种由碳原子以SP2杂化轨道组成二维蜂窝状六角晶格的平面薄膜，它只有一个碳原子厚度，是目前已知最薄的一种材料。石墨烯具有优异的导电性，热稳定性和机械性能，同时石墨烯纳米片还具有高的化学稳定性、比表面积和宽的电化学窗口，作为超级电容器的电极材料具有广阔的应用前景。氧化石墨还原法是目前制备石墨烯成本最低且最容易实现规模化生产的石墨烯制备方法。它是将天然石墨(Graphite)与强酸和强氧化物质反应生成氧化石墨(Graphite Oxide, GO),然后经过超声分散并加入还原剂去除GO表面的含氧基团，如羧基、环氧基和轻基,得到还原氧化石墨烯(Reduced Graphite Oxide, RG0)中国专利技术专利，ZL201010587400.9。一般的化学法还原过程中需要用到有毒的强还原剂肼和硼氢化钠或是要求在高温或强腐蚀性条件下进行a. Y. Si, E. T. Samulski, Nano Lett, 2008,8,1679-1682 ；b.中国专利技术专利，ZL201010251395. 4，这些都限制了石墨烯的规模化生产。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种简单、适合宏量制备钼/石墨烯(Pt/RG0)纳米复合材料的方法。本专利技术所提供的制备Pt/RG0的方法，包括下述步骤I)将氧化石墨(GO)分散于溶剂中进行超声剥离处理，得到氧化石墨溶液；其中，所述溶剂选自下述任意至少一种乙二醇、丙三醇、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、N，N-甲基甲酰胺(DMF)、去离子水和离子液体的水溶液；2)向步骤I)所述氧化石墨溶液中加入氯钼酸，得到混合溶液；3)采用Y-射线或电子束对步骤2)所述混合溶液进行辐照，过滤，得到Pt/RG0纳米复合材料。上述方法步骤I)中，GO与溶剂的配比可为0. 5 2. 5mg lmL。所述超声剥离处理的时间为20 60min，所采用的超声功率为650 1200W。上述方法步骤I)中，所述离子液体的水溶液中的离子液体选自下述任意一种I- 丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐(BMMPF6)、I-丁基-3-甲基咪唑硝酸盐(BMMNO3)、I-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐(AMMCl)和I-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐(EMIMAc);所述离子液体的水溶液的浓度为0. 04 0. 5mol/Lo上述方法步骤2)中， 所述氯钼酸浓度为I 5mmol/L。上述方法步骤3)中，混合溶液的吸收剂量可为20 IOOOkGy。所述Y -射线具体可为6tlCo Y -射线；所述电子束具体可为电子加速器产生的电子束。由于碱性条件有利于GO的还原，碱性越强越有利，所以在对GO溶液进行辐照前，还包括用碱(如0 2mol/LNa0H溶液)调节GO溶液pH值至4 13的步骤。为了保证还原效果，在对步骤2)所述混合溶液进行辐照前，还包括向混合溶液中通入惰性气体(如氮气、氩气)除掉溶液中氧的步骤。本专利技术方法还包括如下步骤将所述Pt/RGO依次用乙醇和去离子水超声洗涤后再过滤，重复上述洗涤-过滤的操作，直至除去步骤I)中引入的溶剂；然后将产物干燥得到Pt/RGO纳米复合材料。所述干燥的温度可为60 120°C，时间为12 48h。上述方法制备得到的钼/石墨烯(Pt/RGO)纳米复合材料也属于本专利技术的保护范围。本专利技术所提供的Pt/RGO纳米复合材料中，其中，钼负载量(即钼在复合材料中的质量分数)为I. 0 15. Owt负载的钼纳米粒子的粒径为I 3nm。本专利技术的目的之二是提供一种超级电容器用电极材料。本专利技术所提供的超级电容器用电极材料由Pt/RGO纳米复合材料(活性组分)、导电剂和粘合剂组成；其中，所述Pt/RGO纳米复合材料、导电剂和粘结剂的质量比依次为(80 90) (5 15) 5。所述导电剂可选自下述任意一种乙炔黑、导电炭黑(Super P)和科琴黑(如ECP);所述粘合剂可选自下述任意一种聚偏氟乙烯(PVDF)，聚四氟乙烯(PTFE)和羧甲基纤维素(CMC)。本专利技术的再一个目的是提供一种超级电容器用电极及其制备方法。本专利技术所提供的超级电容器用电极是按照包括下述步骤的方法制备得到的I)将组成电极材料的Pt/RGO纳米复合材料、导电剂及粘合剂混合，再用分散剂分散均匀，涂抹在集流体(如镍集流体)上；2)待电极材料干燥后，成型、再次干燥，得到超级电容器用电极。步骤I)中所述分散剂具体可为N-甲基吡咯烷酮(NMP)。步骤2)中，成型前后所述干燥的温度可为60 120°C，时间为4 24h。对上述电极的电化学性能(比电容)进行测定，方法如下将上述电极在电解液中抽真空浸泡2个小时后，组装三电极体系，测定其电化学性能。三电极体系可选用下述任意一种碱性体系(K0H溶液为电解液，Hg/Hg0电极为参比电极)；中性体系(Li2SO4溶液为电解液，Ag/AgCl电极为参比电极)；酸性体系(H2SO4溶液为电解液，硫酸亚汞电极为参比电极)。所述电解液的浓度可以选用下述任意一种lm0l/L，2m0l/L和6mol/L。可以用有机电解液代替水相电解液测定较宽电化学窗口下的比电容，所述有机电解液可选用下述任意一种四氟硼酸四乙基铵/碳酸丙烯酯(Et4NBF4/PC)，四乙基铵四氟硼酸盐/乙腈(Et4NBF4AN)或四氟硼酸四乙基铵/碳酸乙烯酯(Et4NBF4/EC)(支持电解质/有机溶剂)。可以将模拟电容器取代三电极体系测定样品的比电容，在电解液性质和浓度相同的条件下测得的性能与三电极体系所测定的结果相当。 所述电化学性能表征包括循环伏安曲线、交流阻抗、和恒电流充放电性能。循环伏安曲线的扫速为1，2，5，10，20，30，40，50，75，100，150，200，300，400，500mV/s。恒电流充放电性能测定的电流密度为0. 05,0. 1,0. 2,0. 4,0. 6,0. 8,1,1. 5,2,3,4,5,7. 5，10，15,20,30,40,50,75,100A/g。交流阻抗谱的频率范围为20kHz 0. 01Hz。以上电极制备的电容器，其比容量达到155 /^，在2(^/^电流下比电容保持72%。上述方法制备的超本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种制备铂/石墨烯纳米复合材料的方法，包括下述步骤：1)将氧化石墨分散于溶剂中进行超声剥离处理，得到氧化石墨溶液；其中，所述溶剂选自下述任意至少一种：乙二醇、丙三醇、N？甲基吡咯烷酮、N，N？甲基甲酰胺、去离子水和离子液体的水溶液；2)向步骤1)所述氧化石墨溶液中加入氯铂酸，得到混合溶液；3)采用γ？射线或电子束对步骤2)所述混合溶液进行辐照，过滤，得到所述铂/石墨烯纳米复合材料。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：翟茂林，张琦璐，张有为，彭静，李久强，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：
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