[發明專利]一種基于石墨烯構建鎳鈷礦二元復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201910314152.1
• 申請日: 2019-04-18
• 公開（公告）號: CN110033955B
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 黃燕山;高麗;韓生;藺華林;薛原;李原婷;常賓;孫瑤馨;劉鳳茹;馬健;楊園園
• 申請（專利權）人: 上海應用技術大學
• 主分類號: H01G11/30
• 分類號: H01G11/30;H01G11/36;H01G11/46;H01G11/24;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 上?？剖⒅R產權代理有限公司 31225
• 代理人: 陳亮

本發明涉及一種基于石墨烯構建鎳鈷礦二元復合材料的制備方法，采用單層碳原子結構的石墨烯作為骨架載體，通過溶劑熱的方法在石墨烯骨架上原位生長鎳鈷?金屬有機框架(Ni?Co?MOF)，然后在空氣氛圍下通過碳化得到三維結構的石墨烯基鎳鈷礦復合材料。與現有技術相比，本發明得到的鎳鈷氧化物顆粒均勻地負載在石墨烯骨架上，具有工藝簡單，條件溫和，成本低廉等優點，本發明所制備的三維結構的石墨烯基鎳鈷礦復合材料作為超級電容器電極材料顯示了良好的電化學性能。

技術領域

本發明屬于材料科學和電化學技術領域，尤其是涉及一種基于石墨烯構建鎳鈷礦二元復合材料的制備方法。

背景技術

隨著煤、石油、天然氣等不可再生資源消耗的日益加劇，同時伴隨能源消耗引起的環境污染愈加嚴重，研究開發替代內燃機的新型高效環保電化學儲能裝置成為當前社會可持續發展的重要戰略選擇之一。目前人們在超級電容器、燃料電池和化學電池等儲能裝置的研究與開發方面已經取得顯著成果。其中，超級電容器(supercapacitor，SC)作為一種介于傳統電容器和充電電池之間的新型儲能裝置，其功率密度顯著高于充電電池，同時具有充放電效率強、使用壽命長和環境友好等諸多優點，進而在電子通信、能源化工、航空航天等眾多領域中得到廣泛的應用。

影響超級電容器性能最關鍵的一個關鍵因素是電極材料，因此對于開發高比電容量的電極材料是超級電容器研究的重點。目前廣泛應用于超級電容器的電極材料有碳材料、過渡金屬氧化物和導電聚合物等。其中，過渡金屬氧化物作為廉價金屬化合物，具有制備工藝簡單、成本低廉以及理論比容量高等特點，因此成為了目前電極材料的研究重點。

過渡金屬元素具有多個氧化態，可以利用這些氧化態之間的氧化還原反應產生贗電容進行能量儲存。然而，大部分金屬氧化物的導電性能都較差，并且在充放電過程中純的金屬氧化物由于應力的作用，電極結構可能會發生坍塌，從而導致弱的循環穩定性；高的阻值使電極的電荷轉移電阻以及界面電阻增加，尤其是在大電流密度下會產生大的電壓降(iR)，這樣會使功率密度以及倍率性能降低；金屬氧化物的比表面積、孔徑分布以及孔隙率較難控制，使得過渡金屬氧化物單獨作為超級電容器電極材料會因以上卻缺點而受到限制。

中國專利CN102891016B公開了一種鈷酸鎳-石墨烯復合材料及其制備方法，復合材料由石墨烯和鈷酸鎳組成，鈷酸鎳納米線均勻的生長在石墨烯片上，鈷酸鎳納米線的線長為50-300nm，線寬為5-30nm。其制備方法為取超聲分散的氧化石墨烯水溶液和鈷鹽、鎳鹽水溶液混合，再加入沉淀劑，攪拌混合均勻，轉移到高溫反應釜中，水熱反應一定時間，得到的產物經過過濾、洗滌、干燥，再經過熱處理，即得到鈷酸鎳納米線-石墨烯復合材料。但是該專利中合成的是二維結構的納米復合材料，其孔結構不夠豐富，表面活性不夠高及導電性和負載量都不夠好。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種基于石墨烯構建鎳鈷礦二元復合材料的制備方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種基于石墨烯構建鎳鈷礦二元復合材料的制備方法，采用單層碳原子結構的石墨烯作為骨架載體，通過溶劑熱的方法在石墨烯骨架上原位生長鎳鈷-金屬有機框架(Ni-Co-MOF)，然后在空氣氛圍下通過碳化得到三維結構的石墨烯基鎳鈷礦復合材料，具體方法如下：

利用N,N-二甲基甲酰胺置換氧化石墨烯水溶液；

將硝酸鎳六水合物和硝酸鈷六水合物攪拌溶于含有氧化石墨烯的N,N-二甲基甲酰胺溶液中；

攪拌加入聚乙烯吡咯烷酮和1,3,5-苯三甲酸；

對上述溶液進行溶劑熱處理；

將得到的產物用去離子水靜置洗滌后凍干處理；

將得到的產物在空氣氣氛中進行升溫碳化處理，冷卻至室溫，得到基于石墨烯構建鎳鈷礦二元復合材料。