石墨烯-金屬氧化物復(fù)合材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種石墨烯-金屬氧化物復(fù)合材料的制備方法，所述方法具體包括以下步驟：使用強(qiáng)氧化物將石墨氧化得到固體產(chǎn)物；將固體產(chǎn)物使用去離子水進(jìn)行沖洗然后干燥得到體積膨脹的固態(tài)氧化石墨烯；將固態(tài)石墨烯溶解形成氧化石墨烯溶解液；將氧化石墨烯溶解液與去離子水混合形成氧化石墨烯混合液；將氧化石墨烯混合液與金屬的鹽溶液混合得到混合溶液；對(duì)混合溶液超聲得到固態(tài)石墨烯-金屬氧化復(fù)合材料。本發(fā)明通過強(qiáng)氧化物氧化石墨得到氧化石墨烯，然后再將氧化石墨烯溶液與金屬鹽溶液混合并還原的方式得到石墨烯-金屬氧化物復(fù)合材料，制作工藝簡(jiǎn)單，整個(gè)制作過程對(duì)石墨的結(jié)構(gòu)不會(huì)產(chǎn)生破壞。
【專利說明】石墨稀—金屬氧化物復(fù)合材料的制備方法
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明屬于電化學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是石墨烯-金屬氧化物復(fù)合材料的制備方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0003]隨著科技的進(jìn)步，電化學(xué)材料有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。例如，石墨烯-金屬氧化物復(fù)合材料。由于石墨烯具有良好的導(dǎo)電性，金屬氧化物作為良好的過渡金屬與其他導(dǎo)電離子進(jìn)行較好的可逆反應(yīng)，同時(shí)，石墨烯和金屬氧化物是本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易得到的材料，因此，石墨烯-金屬氧化物復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣，包括，鋰離子電池的電極材料等。然而，制備石墨烯-金屬氧化物復(fù)合材料的方法通常為化學(xué)合成，不僅制作過程繁瑣，對(duì)制作條件的要求高，而且制作過程中在石墨烯的表面增加了雜質(zhì)，因此破壞了石墨烯的結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種石墨烯-金屬氧化物復(fù)合材料的制備方法。
[0005]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
一種石墨烯-金屬氧化物復(fù)合材料的制備方法，所述方法具體包括以下步驟:
(O使用強(qiáng)氧化物將石墨氧化得到固體產(chǎn)物；
(2)將固體產(chǎn)物使用去離子水進(jìn)行沖洗然后干燥得到體積膨脹的固態(tài)氧化石墨烯；
(3)將固態(tài)氧化石墨烯溶解形成氧化石墨烯溶解液；
(4)將氧化石墨烯溶解液與去離子水混合形成氧化石墨烯混合液；
(5)將氧化石墨烯混合液與金屬鹽溶液混合得到混合溶液；
(6)對(duì)混合溶液超聲得到固態(tài)石墨烯-金屬氧化復(fù)合材料。
[0006]上述步驟(2)干燥時(shí)間為40_80h，所述干燥溫度為_40°C。
[0007]上述步驟(3)氧化石墨烯溶解液的濃度為4_6mg/mL。
[0008]上述步驟(4)中氧化石墨烯溶解液與去離子水的配比為1:5-15。
[0009]上述步驟(5)中氧化石墨烯混合液與金屬鹽溶液的配比為1-2:2_1。
[0010]上述步驟(6)混合溶液超聲的時(shí)間為6_8h，超聲溫度為60_100°C。
[0011]上述步驟(1)強(qiáng)氧化物為高錳酸鉀、濃硫酸、雙氧水中的至少一種或幾種。
[0012]上述步驟(5)中金屬鹽溶液為TiCl3或MnCl2溶液與HCl溶液按1:15_25配比混合。
[0013]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明提供的石墨烯-金屬氧化物復(fù)合材料的制備方法，通過強(qiáng)氧化物氧化石墨得到氧化石墨烯，然后再將氧化石墨烯溶液與金屬鹽溶液混合并還原的方式得到石墨烯-金屬氧化物復(fù)合材料，整個(gè)過程中所得到的的產(chǎn)物使用去離子水清洗。與傳統(tǒng)制備石墨烯-金屬氧化物復(fù)合材料方法相比，不但制作工藝簡(jiǎn)單，而且整個(gè)制作過程對(duì)石墨的結(jié)構(gòu)不會(huì)產(chǎn)生破壞。【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的石墨烯-金屬氧化物復(fù)合材料的制備方法流程圖。
[0015]圖2為本發(fā)明實(shí)施例制備石墨烯-二氧化鈦復(fù)合材料的過程。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0017]如圖1所示，為本發(fā)明實(shí)施例提供的石墨烯-金屬氧化物復(fù)合材料的制備方法流程圖，其具體處理流程如下:
步驟101，將石墨氧化得到固體產(chǎn)物。
[0018]使用強(qiáng)氧化物將石墨氧化，得到固體產(chǎn)物，該固體產(chǎn)物為含有雜質(zhì)的固態(tài)氧化石墨烯。需要指出的，本申請(qǐng)中的強(qiáng)氧化物為高錳酸鉀、濃硫酸和雙氧水等一種或幾種可以將石墨烯氧化的化學(xué)物質(zhì)，本申請(qǐng)對(duì)此不做限制。
[0019]步驟102，將所述固體產(chǎn)物進(jìn)行沖洗然后干燥得到固態(tài)氧化石墨烯。
[0020]由于所得到的固體產(chǎn)物為含有雜質(zhì)的氧化石墨烯，為了得到純度較高的氧化石墨烯，需要將固體產(chǎn)物使用去離子水反復(fù)清洗，以將氧化石墨烯上的雜質(zhì)清洗掉，然后將清洗后的固體產(chǎn)物干燥得到體積膨脹的固態(tài)氧化石墨烯。
[0021]需要指出的，干燥的時(shí)間為40個(gè)小時(shí)到80個(gè)小時(shí)，并且干燥的環(huán)境溫度為_40°C。
[0022]步驟103，將所述固態(tài)石墨烯溶解形成氧化石墨烯溶解液。
[0023]使用超聲的方法將氧化石墨烯溶解形成氧化石墨烯溶解液，以便于將氧化石墨烯還原，生成石墨烯-金屬氧化物復(fù)合物，其中，氧化石墨烯溶液的濃度為remg HiL-1。
[0024]步驟104，形成氧化石墨烯混合液。
[0025]將氧化石墨烯溶解液與去離子水混合形成氧化石墨烯混合液。
[0026]氧化石墨烯溶解液與去離子水的配比為1:5-15。
[0027]步驟105，將所述氧化石墨烯混合液與金屬的鹽溶液混合得到混合溶液。
[0028]金屬鹽溶液是具有還原作用的鹽溶液，比如金屬的氯鹽等。當(dāng)金屬鹽溶液與氧化石墨烯溶液混合后，氧化石墨烯被還原，金屬鹽溶液中的金屬離子被氧化，形成石墨烯-金屬氧化物復(fù)合結(jié)構(gòu)。
[0029]步驟106，對(duì)所述混合溶液超聲得到固態(tài)石墨烯-金屬氧化復(fù)合材料。
[0030]通過超聲作用得到石墨烯-金屬氧化物復(fù)合材料。
[0031]需要指出的，由于如果超聲時(shí)間太短，或造成反應(yīng)不充分，如果超聲時(shí)間過長，石墨烯的結(jié)構(gòu)將會(huì)受到破壞，因此，本申請(qǐng)中對(duì)混合溶液超聲的時(shí)間最優(yōu)范圍為6-8個(gè)小時(shí)，超聲時(shí)的溫度范圍最優(yōu)為60-100°C。
[0032]此外，為了得到純度較高的石墨烯-金屬氧化物復(fù)合材料，需要將所得到的石墨烯-金屬氧化物復(fù)合材料使用去離子水反復(fù)沖洗，以便于將沾染的雜質(zhì)沖洗掉。
[0033]實(shí)施例1
參見圖2，為本發(fā)明提供的制備石墨烯-二氧化鈦復(fù)合材料的過程。
[0034]將石墨在濃硫酸的作用下氧化(Hummer方法)，將產(chǎn)物用去離子水反復(fù)沖洗，然后在_40°C的冷凍干燥儀中干燥48h，得到體積膨脹較大、比表面積較大的氧化石墨烯。然后將濃度為4.8mg/mL的氧化石墨烯溶液與去離子水按1:15配比混合形成氧化石墨烯混合液。將濃度為1.2mg/mL的TiCl3溶液與濃度為0.36mg/mL的HCl溶液按照1:25配比混合形成金屬鹽溶液，再將金屬鹽溶液與氧化石墨烯混合液按1:1配比混合并超聲5分鐘，最終得到的混合物在90°C的環(huán)境下超聲6個(gè)小時(shí)，最終得到的樣品用去離子水反復(fù)清洗得到還原石墨烯和TiO2的復(fù)合材料(RGO-Ti02)。
[0035]本實(shí)施例所提供的生成石墨烯-二氧化鈦復(fù)合材料的方法，超聲時(shí)間較短，溫度選擇90°C有利于氧化還原反應(yīng)的進(jìn)行。
[0036]實(shí)施例2
將石墨在高錳酸鉀的作用下氧化(Hummer方法)，將產(chǎn)物用去離子水反復(fù)沖洗然后在_40°C冷凍干燥儀中干燥60h，得到體積膨脹較大、比表面積較大的氧化石墨烯。然后將濃度為4mg/mL的氧化石墨烯溶液與去離子水1:10配比混合形成氧化石墨烯混合液。將TiCl3溶液與HCl溶液按照1:25配比混合形成金屬鹽溶液，再將金屬鹽溶液與氧化石墨烯混合液按1:2配比混合并超聲5分鐘，最終得到的混合物在70°C的環(huán)境下超聲8個(gè)小時(shí)，最終得到的樣品用去離子水反復(fù)清洗得到還原石墨烯和TiO2的復(fù)合材料(RG0- Ti02)。[0037]本實(shí)施例所提供的生成石墨烯-二氧化鈦的方法，溫度較低時(shí)間有所增長，氧化石墨烯溶液與TiCl3溶液配比減小，在TiCl3的HCl溶液中進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，可以增加對(duì)氧化石墨烯的還原作用。
[0038]實(shí)施例3
將石墨在雙氧水的作用下氧化(Hummer方法)，將產(chǎn)物用去離子水反復(fù)沖洗然后在-40°C冷凍干燥儀中干燥75h，得到體積膨脹較大、比表面積較大的氧化石墨烯。然后將濃度為5.2mg/mL的氧化石墨烯溶液與去離子水1:5配比混合形成氧化石墨烯混合液。TiCl3溶液與HCl溶液按照1:15配比混合形成金屬鹽溶液，金屬鹽溶液與氧化石墨烯混合液按2:1配比混合并超聲5分鐘，最終得到的混合物在100°C的環(huán)境下超聲5個(gè)小時(shí)，最終得到的樣品用去離子水反復(fù)清洗得到RGO- TiO2的復(fù)合材料。
[0039]本實(shí)施例所提供的生成石墨烯-二氧化鈦的方法，超聲溫度較高，雖然在一定程度上可能破壞了石墨烯的結(jié)構(gòu)，但是同時(shí)也縮短了樣品制備的時(shí)間。
[0040]實(shí)施例4
將石墨在濃硫酸的作用下氧化(Hummer方法)，將產(chǎn)物用去離子水反復(fù)沖洗，然后在_40°C的冷凍干燥儀中干燥48h，得到體積膨脹較大、比表面積較大的氧化石墨烯。然后將濃度為4.8mg/mL的氧化石墨烯溶液與去離子水按1:15配比混合形成氧化石墨烯混合液。將濃度為1.6mg/mL的MnCl2溶液與濃度為0.36mg/mL的HCl溶液按照1:25配比混合形成金屬鹽溶液，再將金屬鹽溶液與氧化石墨烯混合液按1:1配比混合并超聲5分鐘，最終得到的混合物在90°C的環(huán)境下超聲6個(gè)小時(shí)，最終得到的樣品用去離子水反復(fù)清洗得到還原石墨烯和MnO2的復(fù)合材料(RGO-MnO2)15
[0041]本實(shí)施例所提供的生成石墨烯-二氧化錳復(fù)合材料的方法，超聲時(shí)間較短，溫度選擇90°C有利于氧化還原反應(yīng)的進(jìn)行。
[0042]對(duì)所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明實(shí)施例。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明實(shí)施例的精神或范圍的情況下，在其他實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明實(shí)施例將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最 寬的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種石墨烯-金屬氧化物復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述方法具體包括以下步驟: (1)使用強(qiáng)氧化物將石墨氧化得到固體產(chǎn)物； (2)將固體產(chǎn)物使用去離子水進(jìn)行沖洗然后干燥得到體積膨脹的固態(tài)氧化石墨烯； (3)將固態(tài)氧化石墨烯溶解形成氧化石墨烯溶解液； (4)將氧化石墨烯溶解液與去離子水混合形成氧化石墨烯混合液； (5)將氧化石墨烯混合液與金屬鹽溶液混合得到混合溶液； (6)對(duì)混合溶液超聲得到固態(tài)石墨烯-金屬氧化復(fù)合材料。
2.如權(quán)利要求1所述的石墨烯-金屬氧化物復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)干燥時(shí)間為40-80h，所述干燥溫度為-40°C。
3.如權(quán)利要求1所述的石墨烯-金屬氧化物復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)氧化石墨烯溶解液的濃度為4-6mg/mL。
4.如權(quán)利要求1所述的石墨烯-金屬氧化物復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(4)中氧化石墨烯溶解液與去離子水的配比為1:5-15。
5.如權(quán)利要求 1所述的石墨烯-金屬氧化物復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(5)中氧化石墨烯混合液與金屬鹽溶液的配比為1-2:2-1。
6.如權(quán)利要求1所述的石墨烯-金屬氧化物復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(6)混合溶液超聲的時(shí)間為6-8h，超聲溫度為60-100°C。
7.如權(quán)利要求1所述的石墨烯-金屬氧化物復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(I)強(qiáng)氧化物為高錳酸鉀、濃硫酸、雙氧水中的至少一種或幾種。
【文檔編號(hào)】C01B31/04GK103896263SQ201410118342
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年3月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月27日
【發(fā)明者】李新靜, 張佳瑢, 王晨旭, 魏引利, 劉炎金 申請(qǐng)人:合肥國軒高科動(dòng)力能源股份公司