[發明專利]一種石墨烯/DyCoO3復合材料及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201710263454.1
• 申請日: 2017-04-21
• 公開（公告）號: CN107086130B
• 公開（公告）日: 2019-07-02
• 發明（設計）人: 黃嘯谷;陳嬌;張其土
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: H01G11/30
• 分類號: H01G11/30;H01G11/46;H01G11/86
• 代理公司: 南京匯盛專利商標事務所(普通合伙) 32238
• 代理人: 張立榮;裴詠萍

本發明公開了一種石墨烯/DyCoO₃復合材料及其制備方法與應用。該石墨烯為片狀結構；DyCoO₃為納米顆粒，均勻分散在石墨烯的片層表面。本發明中的金屬氧化物DyCoO₃具備較高的比電容值，將其與石墨烯復合后獲得了較高的比能量和優異的循環性能，電化學綜合性能優異。

技術領域

本發明屬于新能源材料技術領域，具體涉及一種超級電容電極用石墨烯/DyCoO₃復合材料及其制備方法與應用。

背景技術

超級電容器作為一種新型儲能器件，具有較快的充放電速率、較高的功率密度和穩定的循環壽命，成為近年來備受關注的新能源技術。電極材料是超級電容器的重要依托，直接影響到電容器性能的好壞。目前，用作超級電容器電極的材料主要有三類：碳材料、過渡金屬氧化物材料和導電聚合物材料。

將碳材料與過渡金屬氧化物或導電聚合物進行多元復合可以充分發揮材料的協同效應，獲得單一電極材料所不具備的優良性能，并能合理平衡材料成本。例如，在專利ZL201010547384.0中介紹了一種石墨烯/多孔氧化鎳復合超級電容電極材料，該材料有效結合了碳材料高循環壽命和金屬氧化物高比電容特性的優點。專利ZL201310672420.X介紹了一種MnO-石墨烯復合超級電容器電極材料，該復合材料中的金屬氧化物分散在石墨烯骨架中，充分利用了石墨烯的高導電性和二氧化錳的高比能量。專利 ZL201410221388.8介紹一種超級電容器用石墨烯/聚苯胺/氧化鐵三元復合材料，充分利用了石墨烯的雙電容性質以及聚苯胺和氧化鐵的還原電化學性質。由此可見，該類復合材料中的金屬氧化物直接決定了復合材料的比電容大小，但是現有材料的性能還有待提高，并且這類復合材料基本都需要具備特殊的微觀形貌，化學合成工藝較為復雜，納米金屬氧化物或者導電聚合物也難以均勻分散在石墨烯表面。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有技術中存在的缺陷，提供一種制備工藝簡單，且電化學綜合性能優異的超級電容電極材料。

為了達到上述目的，本發明提供了一種石墨烯/DyCoO₃復合材料，其中石墨烯為片狀結構，DyCoO₃為納米顆粒，均勻分散在石墨烯的片層表面。

復合材料中DyCoO₃納米顆粒的含量為3.58-3.69mmol/g，優選3.58mmol/g。

本發明還提供了上述復合材料的制備方法，包括以下步驟：

（1）將氧化石墨烯超聲分散在去離子水中，得到溶液A；

（2）按照DyCoO₃的化學元素摩爾質量比分別稱取金屬Dy和Co的硝酸鹽或氯化鹽，加入到溶液A中得到混合溶液B；

（3）取對苯二胺加入到混合溶液B中，磁力攪拌均勻后得到混合溶液C；

（4）將混合溶液C移至水熱反應釜并且置于烘箱中加熱，加熱結束后，冷卻至室溫，將冷卻后的產物用去離子水過濾后，得到前驅體；

（5）將前驅體置于高溫加熱爐中，在惰性氣氛保護下煅燒，自然冷卻后得到所述石墨烯/DyCoO₃復合材料。

其中，溶液A中氧化石墨烯的濃度為1mg/mL-10mg/mL，優選5mg/mL；混合溶液B中金屬離子的總濃度為0.1mol/L-5.0mol/L，優選0.5mol/L；所述混合溶液C中對苯二胺的濃度為3mg/mL -7mg/mL，優選5mg/mL。

步驟（4）中加熱方式為：首先從室溫加熱到100-120℃后保溫2-5h，再加熱到180-240℃后保溫7-10h；步驟（5）中煅燒溫度為900℃，煅燒時間為0.5-1h。