[發明專利]基于三維石墨烯/四氧化三錳復合電極材料的制備方法

有效

• 申請號: 201610176893.4
• 申請日: 2016-03-25
• 公開（公告）號: CN105845462B
• 公開（公告）日: 2017-11-21
• 發明（設計）人: 寧靜;王東;張進成;陸芹;穆美珊;郝躍
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01G11/86
• 分類號: H01G11/86;H01G11/24;H01G11/30;H01G11/36;H01G11/46
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心61205
• 代理人: 田文英,王品華

1.一種基于三維石墨烯/四氧化三錳復合電極材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)基底預處理：

(1a)利用壓平機將厚度為1.6mm的泡沫鎳壓薄，得到厚度為0.25mm的泡沫鎳薄片；

(1b)用乙醇、去離子水、5M HCl溶液清洗泡沫鎳薄片后，用去離子水將泡沫鎳薄片清洗干凈，得到清洗后的泡沫鎳薄片；

(2)電化學沉積銅：

采用電化學三電極法，將清洗后的泡沫鎳薄片置于CuSO₄·5H₂O和HBO₃的混合溶液中，加電化學沉積電壓，沉積50～150分鐘，得到覆蓋銅的泡沫鎳薄片；

(3)高溫退火：

將覆蓋銅的泡沫鎳薄片置于化學氣相沉積CVD管式爐的恒溫區中，通入5sccm氬氣和1sccm氫氣，進行1100℃的高溫退火0.5～2小時，得到銅鎳合金；

(4)電化學選擇性腐蝕：

采用電化學三電極法，將銅鎳合金置于CuSO₄·5H₂O和HBO₃的混合溶液中，加腐蝕電壓，腐蝕銅鎳合金500～1500秒，制備得到具有多通道孔網狀結構的三維銅鎳合金骨架；

(5)制備三維石墨烯/銅鎳合金：

(5a)采用化學氣相沉積法，將三維銅鎳合金骨架置于化學氣相沉積CVD系統管式爐的恒溫區內，通入20sccm氬氣和氫氣的混合氣體5～10分鐘；

(5b)將管式爐加熱至600℃時，通入2～20sccm乙烯，保持氣氛不變，生長5～10個小時；

(5c)采用迅速降溫的方式，將管式爐溫度降為室溫后，取出管式爐中的樣品，得到三維石墨烯/銅鎳合金；

(6)制備自支撐三維石墨烯：

將三維石墨烯/銅鎳合金置于0.5～2M氯化鐵和1～3M鹽酸的混合溶液中，腐蝕24小時，得到自支撐三維石墨烯；

(7)生長四氧化三錳：

(7a)將自支撐三維石墨烯用去離子水沖洗干凈，得到三維石墨烯；

(7b)將三維石墨烯浸泡在4M硝酸溶液中30分鐘，取出后用去離子水清洗干凈，得到清洗后的三維石墨烯；

(7c)將高錳酸鉀和硝酸鈉的混合溶液放入高壓釜中，將清洗后的三維石墨烯浸入高錳酸鉀和硝酸鈉的混合溶液中，生長20～30分鐘；

(7d)取出浸泡在高錳酸鉀和硝酸鈉的混合溶液中的三維石墨烯，自然降溫至室溫后，烘干，得到三維石墨烯/四氧化三錳復合電極。

2.根據權利要求1所述的基于三維石墨烯/四氧化三錳復合電極材料的制備方法，其特征在于，步驟(2)中所述的電化學三電極法中的工作電極為泡沫鎳薄片，參比電極為Ag/AgCl，輔助電極為Pt。

3.根據權利要求1所述的基于三維石墨烯/四氧化三錳復合電極材料的制備方法，其特征在于，步驟(2)、步驟(4)中所述的CuSO₄·5H₂O和HBO₃的混合溶液是指0.5～3M的CuSO₄·5H₂O和1～2M的HBO₃的混合溶液。

4.根據權利要求1所述的基于三維石墨烯/四氧化三錳復合電極材料的制備方法，其特征在于，步驟(2)中所述的電化學沉積電壓的范圍為-2～-0.2V。

5.根據權利要求1所述的基于三維石墨烯/四氧化三錳復合電極材料的制備方法，其特征在于，步驟(4)中所述的電化學三電極法中的工作電極為銅鎳合金，參比電極為Ag/AgCl，輔助電極為Pt。

6.根據權利要求1所述的基于三維石墨烯/四氧化三錳復合電極材料的制備方法，其特征在于，步驟(4)中所述的腐蝕電壓的范圍為0.2～1V。

7.根據權利要求1所述的基于三維石墨烯/四氧化三錳復合電極材料的制備方法，其特征在于，步驟(6)中所述的0.5～2M氯化鐵和1～3M鹽酸的混合溶液的溫度為60～80℃。

8.根據權利要求1所述的基于三維石墨烯/四氧化三錳復合電極材料的制備方法，其特征在于，步驟(7b)中所述的4M硝酸溶液的溫度為50～70℃。