[發明專利]二氧化錳-氧化銀復合氧化物納米片及其采用石墨烯為模板制備的方法

有效

• 申請號: 201010291237.1
• 申請日: 2010-09-21
• 公開（公告）號: CN102010008A
• 公開（公告）日: 2011-04-13
• 發明（設計）人: 陳勝;汪信;朱俊武;劉孝恒;楊緒杰;陸路德;韓巧鳳
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: C01G45/02
• 分類號: C01G45/02;C01G5/00;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 唐代盛

技術領域

本發明屬于納米材料的制備技術，特別是一種二氧化錳-氧化銀復合氧化物納米片及其采用石墨烯為模板制備的方法。

背景技術

MnO₂是研究較為廣泛的多功能過渡金屬氧化物，它具有環境友善、價格低廉、資源豐富等優點，并且具有優異電化學性能，在作為電池電極材料的商業化過程中已取得了巨大的成功。氧化銀是一種歷史悠久的無機氧化物，在葡萄糖傳感器、氧化劑、制備納米銀前驅體、助催化劑及電化學活性材料等領域具有潛在的應用前景。但是在傳統的納米氧化銀制備過程中，烘干過程不可避免的導致了氧化銀納米粒子的團聚，這會減小活性物質比表面積，極大地影響了其優異性能的發揮。考慮到MnO₂也是一種性能優異的電化學活性材料，如果納米氧化銀與二氧化錳進行復合，不僅可有效解決團聚問題，而且由于復合效應，有可能使材料電化學性能得到進一步提升。

石墨烯是單層碳原子按照蜂窩狀排列而成的二位晶體，由于較大的比表面積、優異的導電性及獨特的物理化學性能而備受人們關注。石墨烯的制備方法目前主要有四種：機械法、外延生長、有機合成及化學剝離法。其中化學剝離是目前被認為最合理的，也是已知方法中能夠大量制備石墨烯的一種常用手段。以天然石墨為起始原料，采用超聲剝離的方法可在溶劑中制備晶形完整的石墨烯基片，是一種操作簡單、綠色無污染的方法。

首先以石墨烯為載體采用軟化學的方法制備石墨烯負載納米氧化銀材料，然后將石墨烯的碳原子用二氧化錳取代，可得到二氧化錳-氧化銀復合氧化物納米片材料。這是一種新型的復合材料，所得的產物將繼承石墨烯良好的片層結構及較大的比表面積，且可有效抑制電化學循環過程中產生的團聚現象。由于二氧化錳和氧化銀都是是極具潛力的超級電容器電極材料，這一獨特的納米結構將非常有利于電化學反應過程中離子的插層，提高材料的比電容和循環性能。所制備復合物將會在超級電容器領域得到廣泛的應用。然而，采用石墨烯為模板制備二氧化錳-氧化銀復合氧化物納米片至今未見報道。

發明內容

本發明的目的在于提供一種操作簡單的軟化學方法，在溫和條件下采用石墨烯為模板制備二氧化錳-氧化銀復合氧化物納米片。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種二氧化錳-氧化銀復合氧化物納米片，由以下步驟制備而得：

步驟1：將天然石墨分散于N-甲基吡咯烷酮中，然后進行超聲處理；

步驟2：將步驟1中超聲處理后所得混合物進行離心，棄底部殘留固體，取其上層的混合液，即石墨烯分散于N-甲基吡咯烷酮中形成的懸浮液；

步驟3：將AgNO₃溶解于水中，形成AgNO₃水溶液；

步驟4：將步驟3中AgNO₃溶液加入步驟2的混合液中，攪拌反應得到Ag₂O負載在石墨烯上的復合物；

步驟5：KMnO₄溶解于水中；形成KMnO₄水溶液；

步驟6：將步驟5中KMnO₄溶液加入步驟4得到的復合物混合液中，攪拌反應，石墨烯與KMnO₄生成MnO₂，反應方程式為4KMnO₄+3C+H₂O→4MnO₂+K₂CO₃+2KHCO₃，從而Ag₂O負載在二氧化錳片上；

步驟7：將步驟6反應后得到的混合液，離心、洗滌、干燥、研磨即得二氧化錳-氧化銀復合氧化物納米片材料。

本發明有一下顯著優點：(1)采用軟化學方法在溫和條件下成功以石墨烯為模板制備了Ag₂O-MnO₂復合氧化物納米片材料，可顯著抑制Ag₂O在電化學過程中的團聚問題，為充分發揮其優異性能奠定了堅實的基礎；(2)操作簡單，設備便利，反應溫度相對較低，無需加入任何穩定劑、模板劑或表面活性劑，產物的后處理方便，非常適用于大規模工業化生產；(3)較好地利用了石墨烯大比表面積的特點，得到了一種新的復合物，即Ag₂O-MnO₂復合氧化物納米片材料，所得材料繼承了石墨烯良好的片層結構，且結合了Ag₂O與MnO₂兩種電化學活性材料的優點，在電化學測試中表現出了優異的電化學性能，表明其在電化學領域具有非常廣闊的應用前景。