[發明專利]一種納米碳酸錳/石墨烯水凝膠復合物及其制備方法

有效

• 申請號: 201210234311.5
• 申請日: 2012-07-09
• 公開（公告）號: CN102757096A
• 公開（公告）日: 2012-10-31
• 發明（設計）人: 朱俊武;汪信;袁菁菁;陳勝;劉孝恒;韓巧鳳;楊緒杰;陸路德;梁士明;陳麗
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: C01G45/00
• 分類號: C01G45/00;C01B31/04;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 吳樹山

技術領域

本發明涉及一種納米復合材料，特別是一種納米碳酸錳/石墨烯水凝膠復合物及其制備方法。

背景技術

近年來，具有獨特微觀形貌的納米材料控制合成受到了廣泛關注。其中，碳酸錳顆粒，由于其在制備金屬錳、錳合金、高純四氧化三錳、顏料、軟磁鐵氧體等領域具有廣泛前景而備受青睞。文獻公開報道的碳酸錳顆粒制備方法主要有超聲、沉淀或水熱/溶劑熱等方法：呂春玲等人在《硅酸鹽學報》,?2007,?35(3):?377-380發表的“亞微米碳酸錳的制備及形貌控制”一文中，提出以控制超聲頻率，濃度以及溫度，即可控制碳酸錳形貌，該技術方案雖然操作簡單，但還存在不足：???????????????????????????????????????????????不易形成高純度的碳酸錳晶體；長時間的超聲高頻率對人體具有一定的傷害。粟海鋒等人在《過程工程學報》,?2008,?8(2):?280-284發表的“球形碳酸錳微晶制備過程中的形貌控制”一文中，提出以硫酸錳和碳酸氫胺為原料，采用低溫化學沉淀法制備碳酸錳球形顆粒。該技術方案雖然初步探討了碳酸錳微晶的生長機理，但存在的不足是：反應需要置于低溫恒溫水浴箱中進行，在高溫下難以得到分散性好的碳酸錳粒子；容易引入雜質，影響碳酸錳的純度；形成的碳酸錳粒徑均為微米級而不是納米級，限制了碳酸錳的應用范圍。蔣春芳等人在《廣西師范大學學報》,?2007,?25(1):?58-61發表的“水熱條件下由配體分解制備碳酸錳晶體”一文中，提出利用三聚氰胺與氯化錳水熱條件下，得到碳酸錳晶體，為碳酸錳的合成提供了另一條路徑。但仍存在以下不足：三聚氰胺在水熱條件下不穩定，極易發生分解反應；通過改變溶液酸堿性，都可以得到碳酸錳，但是其中的分解機理尚不明確；形成的碳酸錳晶體未體現其應用價值。以上所述，如何制備得到分散性好、具有良好應用性能且達到納米級的碳酸錳晶體成為重大難題。

石墨烯是近年來發現的碳的新的同素異形體，是一種獨特的二維納米材料。具有優異的導電性能、機械特性、良好的化學穩定性、大的長徑比及較大的比表面積等，但石墨烯極易堆棧，未能充分表現其優異的性能。徐超等人在“Graphene-metal?particle?nanocomposites”中提出將金屬（Au、Pt、Pd）負載于石墨烯片層上，可得到分散性好的Pd納米粒子，該復合物不僅剝離了石墨烯片，而且對乙二醇還原氧化石墨烯具有一定的催化作用。Donghai?Wang等人在“Ternary?Self-Assembly?of?Ordered?Metal?Oxide-Graphene?Nanocomposites?for?Electrochemical?Engery?Storage”中提出自組裝法將金屬氧化物（SnO₂、NiO、MnO₂）負載于石墨烯片層上，得到石墨烯基復合物薄膜，其中SnO₂/石墨烯復合物薄膜具有高的比能量密度，在鋰電池方面存在一定的應用。蘇海芳等人在《化學研究》,?2012,?02期發表的“Mn₃O₄/氧化石墨烯納米復合物的制備及其超級電容器”一文中提出利用錳前驅體與氧化石墨原位反應制備了Mn₃O₄/氧化石墨烯納米復合物，該復合物具有較高的比電容和較長的循環壽命。李江華等人在《中國化學會第28屆學術年會第五分會場摘要集》,?2012年發表的“原位弱氧化法制備Co₃O₄/石墨烯納米復合物作為超級電容器電極材料”摘要中提出利用原位弱氧化法制備得到了石墨烯表面分散均勻的Co₃O₄納米顆粒，該復合材料表現了較好的能量儲存性能。但所述的這些方法，均未能充分利用石墨烯較大比表面積的特點，且操作復雜，測試時需外加導電性物質，不利于提高成品的電化學性能。

為了克服這些不足，若將碳酸錳與石墨烯復合制得納米碳酸錳/石墨烯水凝膠復合物，不僅可以解決納米碳酸錳極易團聚的問題，而且還具有阻止石墨烯片層重堆棧的優勢，從而充分利用石墨烯較大比表面積的特點。目前還沒有發現將碳酸錳與石墨烯復合制得納米碳酸錳/石墨烯水凝膠復合物的研究。綜上所述，如何克服現有技術存在的不足已成為納米復合材料領域中亟待解決的重大難題。

發明內容