一種石墨烯/球狀碳/金屬氧化物復合材料的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于納米材料制備技術領域,涉及一種石墨烯/球狀碳/金屬氧化物復合材料的制備方法。
【背景技術】
[0002]以碳納米管、石墨烯和碳納米纖維為代表的納米碳材料,因為其高比表面積、高導電性和碳材料本征的穩(wěn)定性,是目前新能源材料領域的研究熱點。納米碳與金屬氧化物復合電極材料應用在超級電容器,可以明顯提高超級電容器的比電容、比功率、比容量和充放電效率。但是,現(xiàn)有納米碳材料制備需要高溫或超臨界或冷凍干燥,制備成本高,并且存在比電容、比功率較低的問題,限制了電極材料的應于范圍。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明的目的是提供一種石墨烯/球狀碳/金屬氧化物復合材料的制備方法,解決了現(xiàn)有納米碳材料制備方法存在的需要高溫、超臨界或冷凍干燥等較高工藝要求的問題。
[0004]本發(fā)明的技術方案是,一種石墨烯/球狀碳/金屬氧化物復合材料的制備方法,具體按照以下步驟實施:
[0005]步驟1、按質(zhì)量百分比稱取:間苯二酚溶液或?qū)Ρ蕉尤芤?%?20%,甲醛溶液或糠醛溶液5 %?10 %,蒸餾水65 %?80 %,石墨烯懸濁液3 %?8 %,催化劑4 %?10 %,以上組分的含量總和為100% ;
[0006]步驟2、將經(jīng)步驟I稱取的間苯二酚溶液或?qū)Ρ蕉尤芤骸⒓兹┤芤夯蚩啡┤芤?、石墨烯懸濁液和催化劑添加到?jīng)步驟I稱取的蒸餾水中,攪拌均勻,制得反應初始液;
[0007]步驟3、將經(jīng)步驟2制得的反應初始液移入帶封口蓋的玻璃瓶內(nèi),蓋上瓶蓋置于干燥箱中進行凝膠反應處理,制得濕凝膠;
[0008]步驟4、將經(jīng)步驟3制得的濕凝膠進行干燥處理,得到干燥凝膠;
[0009]步驟5、配置質(zhì)量濃度為25%?35%的鹽溶液,將鹽溶液逐滴滴入干燥凝膠,滴加量為4-5倍干燥凝膠體積,然后放入干燥箱充分干燥;
[0010]步驟6、重復步驟5多次,直到凝膠飽和為止;
[0011]步驟7、將堿性溶液逐滴滴入經(jīng)步驟6處理的干燥凝膠,放入干燥箱充分干燥;
[0012]步驟8、將經(jīng)步驟7處理的干燥凝膠進行碳化處理,制得石墨烯/球狀碳/金屬氧化物復合材料。
[0013]本發(fā)明的特點還在于,
[0014]步驟I中,間苯二酚溶液或?qū)Ρ蕉尤芤旱馁|(zhì)量濃度為10%?50% ;甲醛溶液或糠醛溶液的質(zhì)量濃度為10%?50% ;每升石墨稀懸池液中含石墨稀1mg?15mg ;催化劑為 CoCl2.6H20、NiCl2.2H20、CuCl2.2H20 或 ZnAc.2H20。
[0015]步驟2中,攪拌方法為磁力攪拌,攪拌時間2?3h。
[0016]步驟3中,凝膠反應溫度為80°C?95 °C,凝膠反應時間為30min?60min。
[0017]步驟4中,干燥處理的具體實施方法為:將制得的濕凝膠放置于80°C?100°C的干燥箱內(nèi)干燥I?3小時。
[0018]步驟5 中,鹽溶液為 CoCl2.6H20、NiCl2.2H20、CuCl2.2H20 或 ZnAc.2H20 溶液。
[0019]步驟7中,堿性溶液為質(zhì)量濃度35 %?45 %的NaOH溶液、KOH溶液或氨水。
[0020]步驟8中,碳化處理的具體實施方法為:使用兩端開口的管式爐,按40cc?60cc流量通入空氣或純度不小于99.999 %的氮氣,按照1 °C?50 °C每分鐘的速度升溫到650°C?700°C并保溫2?4小時,自然降溫。
[0021 ] 本發(fā)明的有益效果是,一種石墨烯/球狀碳/金屬氧化物復合材料的制備方法,通過原位法制備三維多孔結構材料,然后通過多次浸泡法,碳化后得到石墨烯/球狀碳/金屬氧化物的復合材料一即超級電容器材料,具有高的比表面積,從而具備雙電層電容,金屬氧化物的氧化還原反應變價而具備贗電容,二者協(xié)同作用,獲得較高的比電容和充放電效率,提高了電極的導電性,能夠滿足大功率供電需求。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明制備的石墨烯/球狀碳/金屬氧化物復合材料掃描電鏡照片;
[0023]圖2是本發(fā)明制備的石墨烯/球狀碳/金屬氧化物復合材料的透射電鏡照片;
[0024]圖3是本發(fā)明制備的石墨烯/球狀碳/金屬氧化物復合材料的電化學特性圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結合實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0026]本發(fā)明一種石墨烯/球狀碳/金屬氧化物復合材料的制備方法,具體按照以下步驟實施:
[0027]步驟1、按質(zhì)量百分比稱取:間苯二酚溶液或?qū)Ρ蕉尤芤?%?20%,甲醛溶液或糠醛溶液5 %?10 %,蒸餾水65 %?80 %,石墨烯懸濁液3 %?8 %,催化劑4 %?10 %,以上組分的含量總和為100% ;其中,間苯二酚溶液或?qū)Ρ蕉尤芤旱馁|(zhì)量濃度為10%?50% ;甲醛溶液或糠醛溶液的質(zhì)量濃度為10%?50% ;每升石墨烯懸濁液中含石墨烯1mg ?15mg ;催化劑為 CoCl2.6H20、NiCl2.2H20、CuCl2.2H20 或 ZnAc.2H20 ;
[0028]步驟2、將經(jīng)步驟I稱取的間苯二酚溶液或?qū)Ρ蕉尤芤?、甲醛溶液或糠醛溶液、石墨稀懸池液和催化劑添加到?jīng)步驟I稱取的蒸饋水中,磁力攪拌2h?3h,制得反應初始液;
[0029]步驟3、將經(jīng)步驟2制得的反應初始液移入帶封口蓋的玻璃瓶內(nèi),蓋上瓶蓋置于干燥箱中進行凝膠反應處理,凝膠反應溫度為80°C?95°C,凝膠反應時間為30min?60min,制得濕凝膠;
[0030]步驟4、將經(jīng)步驟3制得的濕凝膠進行干燥處理,將制得的濕凝膠放置于80°C?100°C的干燥箱內(nèi)干燥I?3小時,得到干燥凝膠;
[0031]步驟5、配置質(zhì)量濃度為25 %?35 %的鹽溶液,其中,鹽溶液為CoCl2.6H20、NiCl2.2H20、CuCl2.2H20或ZnAc.2H20溶液,將鹽溶液逐滴滴入干燥凝膠,滴加量為4_5倍干燥凝膠體積,然后放入干燥箱充分干燥;
[0032]步驟6、重復步驟5多次,直到凝膠飽和為止;
[0033]步驟7、將堿性溶液逐滴滴入經(jīng)步驟6處理的干燥凝膠,放入干燥箱充分干燥;其中,堿性溶液為質(zhì)量濃度35 %?45 %的NaOH溶液、KOH溶液或氨水;
[0034]步驟8、將經(jīng)步驟7處理的干燥凝膠進行碳化處理,使用兩端開口的管式爐,按40cc?60cc流量通入空氣或純度不小于99.999%的氮氣,按照10°C?50°C每分鐘的速度升溫到650°C?700°C并保溫2?4小時,自然降溫,制得石墨烯/球狀碳/金屬氧化物復合材料。
[0035]實施例1
[0036]按質(zhì)量百分比稱取:間苯二酚溶液8%,甲醛溶液5%,蒸餾水80%,石墨烯懸濁液3%,CoCl2.6H20 4%,以上組分的含量總和為100% ;其中,間苯二酚溶液的質(zhì)量濃度為10%;甲醛溶液的質(zhì)量濃度為10%;每升石墨烯懸濁液中含石墨烯1mg ;將稱取的間苯二酚溶液、甲醛溶液、石墨烯懸濁液和CoCl2.6H20添加到稱取的蒸餾水中,磁力攪拌2h,制得反應初始液;將制得的反應初始液移入帶封口蓋的玻璃瓶內(nèi),蓋上瓶蓋置于干燥箱中進行凝膠反應處理,凝膠反應溫度為80°C,凝膠反應時間為30min,制得濕凝膠;將制得的濕凝膠放置于80°C的干燥箱內(nèi)干燥I小時,得到干燥凝膠;配置質(zhì)量濃度為25%的鹽溶液,其中,鹽溶液為CoCl2.6H20,將鹽溶液逐滴滴入干燥凝膠,滴加量為4倍干燥凝膠體積,然后放入干燥箱充分干燥,重復多次,直到凝膠飽和為止;將質(zhì)量濃度35%的NaOH溶液逐滴滴入處理的干燥凝膠,放入干燥箱充分干燥;將處理的干燥凝膠進行碳化處理,使用兩端開口的管式爐,按40cc流量通入空氣或純度不小于99.999%的氮氣,按照10°C每分鐘的速度升溫到650°C并保溫2小時,自然降溫,制得石墨烯/球狀碳/金屬氧化物復合材料。
[0037]實施例2
[0038]按質(zhì)量百分比稱取:間苯二酚溶液20 %,糠醛溶液5 %,蒸餾水65 %,石墨烯懸濁液5%,NiCl2.2H20 5%,以上組分的含量總和為100% ;其中,間苯二酚溶液的質(zhì)量濃度為20% ;糠醛溶液的質(zhì)量濃度為20% ;每升石墨烯懸濁液中含石墨烯Ilmg ;將稱取的間苯二酚溶液、糠醛溶液、石墨烯懸濁液和NiCl2.2H20添加到稱取的蒸餾水中,磁力攪拌2.5h,制得反應初始液;將制得的反應初始液移入帶封口蓋的玻璃瓶內(nèi),蓋上瓶蓋置于干燥箱中進行凝膠反應處理,凝膠反應溫度為85°C,凝膠反應時間為40min,制得濕凝膠;將制得的濕凝膠放置于85°C的干燥箱內(nèi)干燥1.5小時,得到干燥凝膠;配置質(zhì)量濃度為30%的鹽溶液,其中,鹽溶液為NiCl2.2Η20溶液,將鹽溶液逐滴滴入干燥凝膠,滴加量為4.5倍干燥凝膠體積,然后放入干燥箱充分干燥,重復多次,直到凝膠飽和為止;將質(zhì)量濃度40%的KOH溶液逐滴滴入處理的干燥凝膠,放入干燥箱充分干燥;將處理的干燥凝膠進行碳化處理,使用兩端開口的管式爐,按45cc流量通入空氣或純度不小于99.999%的氮氣,按照20°C每分鐘的速度升溫到660°C并保溫3小時,自然