[發明專利]一種氧化鉻-石墨烯納米片的制備方法及其制得的氧化鉻-石墨烯納米片材料

有效

• 申請號: 201310043761.0
• 申請日: 2013-02-02
• 公開（公告）號: CN103151501A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 李家星;趙桂霞;王祥科
• 申請（專利權）人: 中國科學院等離子體物理研究所
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;B82Y40/00
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

技術領域

本發明涉及無機材料合成領域，特別涉及一種氧化鉻-石墨烯納米片的制備方法及其制得的氧化鉻-石墨烯納米片材料。

背景技術

納米氧化鉻是一種正在開發并具有廣闊應用前景的的無機功能材料，廣泛應用于催化、功能涂料、光電材料及有機合成等領域。其在鋰電領域的應用潛力巨大，Grugeon,?S等人理論預測氧化鉻鋰電池最高容量能達到1058?mA?h?g^-1（Chem.?Mater.?2005,?17,?5041.）。多年來，科學家一直研究用于鋰電的新型氧化鉻材料。Liu等人通過硬模板法制備了多孔氧化鉻納米顆粒，其在0.1C下的可逆容量約500?mA?h?g^-1（Chem.?Commun.?2012,?48,?865）。Jiang等人合成了核殼結構的氧化鉻-碳復合物，其在0.2C下的可逆容量約600?mA?h?g^-1。（J.?Mater.?Chem.2010,?20,?7565）。迄今還沒制備出更高可逆容量的氧化鉻材料。

石墨烯是中是一種全新的二維有序碳材料，具有獨特的物理化學性質。其特有的大比表面積及其良好的電學性能決定了其在鋰電池領域的巨大潛力。石墨烯是由單層碳原子緊密排列構成，鋰不僅可以存儲在石墨烯片層的兩側，還可以在石墨烯片層的邊緣和孔穴中存儲，其理論容量為傳統石墨材料的幾倍多。用石墨烯材料作為鋰電池負極材料將極大提高電池儲鋰容量，進而提高能量密度。因此，有一些石墨烯納米復合材料用于鋰電研究，如鈷氧化物、鐵氧化物、錳氧化物等復合材料已有很多報道，但關于鉻氧化物-石墨烯復合材料很少報道。目前僅有一例是氧化鉻與石墨烯物理混合合成的報道（J.?Mater.?Chem.,?2012,?22,?16318），因其結構缺陷導致鋰電性能較差。其容量在0.1C下為77?mA?h?g^-1，最好的樣品容量為526?mA?h?g^-1，而在更高電流下的容量低且不穩定。

以石墨烯為模板并通過鉻酸鹽還原制備氧化鉻-石墨烯納米片復合材料，因氧化鉻在石墨烯原位氧化碳原子生長，而形成網狀多孔二維的納米片結構，這種獨特的結構不僅有效提高了氧化鉻復合材料的導電率及其能量密度，更提高了氧化鉻鋰離子電池的穩定性。

發明內容

本發明旨在提供一種具有優良電化學性質的氧化鉻-石墨烯納米片材料的制備方法及其制得的氧化鉻納米片、氧化鉻-石墨烯納米片材料。主要原理是：鉻酸鹽在石墨烯原位氧化碳原子生長成水合氧化鉻而形成二維網狀多孔的納米片，然后經過熱處理得到氧化鉻納米片材料。

本發明技術方案如下：

一種氧化鉻-石墨烯納米片的制備方法，其特征在于：以石墨烯為模板，鉻酸鹽為鉻源，在水熱條件下鉻酸鹽在石墨烯原位通過氧化碳原子得到水合氧化鉻-石墨烯納米片，然后進行熱焙燒處理得到晶化的氧化鉻-石墨烯納米片，具體包括如下步驟:

（1）將一份（均為質量比）石墨烯和0.2-10份鉻酸鹽均勻分散在1000-5000份純水或水-醇溶液中,超聲或攪拌0.5-24小時，得到均一溶液,?調節pH值為1.0-8.0，攪拌均勻；

（2）將上述混合液轉移到水熱反應釜中，110-300℃下反應1-100小時，將產物過濾、洗滌、干燥，得到氧化鉻水合物納米片；

（3）將氧化鉻水合物納米片在氬氣（氮氣或其它惰性氣體）保護下200-1000℃煅燒0.1-10小時，即可得到最終的氧化鉻或氧化鉻-石墨烯納米片材料；

所述的鉻酸鹽為Na₂CrO₄、Na₂Cr₂O₇，K₂CrO₄、K₂Cr₂O₇，Li₂CrO₄、Li₂Cr₂O₇，MgCrO₄、MgCr₂O₇中的一種，所述的醇為乙醇、丙醇、異丙醇、丁醇、異丁醇中的一種；

步驟（1）中所述石墨烯與鉻酸鹽的質量比為1:(1-10)，所述的水-醇溶液中水與醇體積比為100：（1-50）；