复合薄膜、其制备方法及其用图_3

文档序号:8224715阅读:来源:国知局
备:取1mL步骤⑴制备的氧化石墨烯分散液,加入0.2mol的氯化钙和0.0Olmol的葡萄糖(氯化钙与葡萄糖的摩尔比为200:1),进行充分的搅拌,使得氯化钙和葡萄糖完全溶解,然后再加入ImL浓度为75%的氨水,再搅拌30min,然后通入99.99%的CO2气体,使得氯化钙与二氧化碳充分完全反应,生成碳酸钙颗粒,得到土黄色悬浊液;取5mL上述的土黄色悬浊液,加入到真空抽滤器中滤膜上,抽滤20h,然后在60°C下干燥5h后,轻轻地将抽滤的氧化石墨烯薄膜揭下,将得到的氧化石墨烯滤膜置入管式炉中,通入lOOsccm的氩气,在700°C下退火3h,使得氧化石墨烯还原得到还原石墨烯,并且使得葡萄糖得到完全碳化,便得到碳膜均匀包覆的石墨烯-碳酸钙复合薄膜;
[0049](3)碳膜均匀包覆的三维多孔石墨烯薄膜的制备:将步骤(2)得到的还原石墨烯-碳酸钙复合薄膜置入lmol/L的盐酸溶液中,反应lh,去除复合薄膜中的碳酸钙颗粒,便得到碳膜均匀包覆的三维多孔石墨烯薄膜,将得到薄膜反复用去离子水和乙醇清洗多次,去除杂质;
[0050](4)三维多孔石墨稀-!^叫复合薄膜的制备:取2片5x5mm 2的第三步得到的多孔石墨稀薄膜,分别置入25mL的特氟龙反应Il中,分别加入15mL的3mmol/L的高猛酸钾溶液,密封并在150°C下水热反应30min,高锰酸钾溶液与包覆在三维多孔石墨烯表面的碳膜发生反应生成片层状的MnO2,取出石墨烯薄膜用去离子水冲洗多次,在150°C下干燥5h,便得到三维多孔石墨稀-MnO2复合薄膜。
[0051]对上述制备的三维多孔石墨稀-MnO2复合薄膜进行了如实施例1中所述的扫描电镜测试和电容性能测试,测试结果表明,所制备的三维多孔石墨烯-MnO2复合薄膜呈三维多孔结构;在不同扫速下,三维多孔还原石墨烯-MnO2复合薄膜的比电容远远大于纯的还原石墨烯的比电容,具有明显较优越的电容性能,在扫速为2mV/s时,三维多孔还原石墨烯-MnO2复合薄膜的比容量可达250F/g,具有高容量的特点,通过对制成的电容器的循环寿命测试表明,在循环5000次后,容量可以保持最初容量的85.2 %,证明该电容器电极材料具有高稳定性。
[0052]实施例3
[0053]在本实施例中,通过以下原位方法来制备本发明的多孔石墨烯-|^02复合薄膜,具体包括以下步骤:
[0054](I)氧化石墨烯分散液的制备:如实施例1的步骤(I)所述制备氧化石墨固体,取氧化石墨固体75mg,加入到50mL去离子水中,400W下超声剥离2h,使得氧化石墨在超声作用下剥离为氧化石墨烯片层结构,得到分散良好的氧化石墨烯分散液,浓度为1.5mg/mL ;
[0055](2)碳膜均勾包覆的还原石墨稀-碳酸妈复合薄膜的制备:取15mL的步骤⑴制备的氧化石墨烯分散液,加入0.9mol的氯化钙和0.006mol的葡萄糖(氯化钙与葡萄糖的摩尔比为150:1),进行充分的搅拌,使得氯化钙和葡萄糖完全溶解,然后再加入6mL浓度为75%的氨水,再搅拌30min,然后通入99.99%的CO2气体,使得氯化钙与二氧化碳充分完全反应,生成碳酸钙颗粒,得到土黄色悬浊液;取5mL上述的土黄色悬浊液,加入到真空抽滤器中滤膜上,抽滤20h,然后在60°C下干燥5h后,轻轻地将抽滤的氧化石墨烯薄膜揭下,将得到的氧化石墨烯滤膜置入管式炉中,通入lOOsccm的氩气,在500°C下退火8h,使得氧化石墨烯还原得到还原石墨烯,并且使得葡萄糖得到完全碳化,便得到碳膜均匀包覆的石墨烯-碳酸钙复合薄膜;
[0056](3)碳膜均匀包覆的三维多孔石墨烯薄膜的制备:将步骤(2)得到的石墨烯-碳酸钙复合薄膜置入2mol/L的盐酸溶液中,反应20min,去除复合薄膜中的碳酸钙颗粒,便得到碳膜均匀包覆的三维多孔石墨烯薄膜,将得到薄膜反复用去离子水和乙醇清洗多次,去除杂质;
[0057](4)三维多孔石墨稀-!^叫复合薄膜的制备:取2片5x5mm 2的第三步得到的多孔石墨稀薄膜,分别置入25mL的特氟龙反应Il中,分别加入15mL的8mmol/L的高猛酸钾溶液,密封并在200°C下水热反应lOmin,高锰酸钾溶液与包覆在三维多孔石墨烯表面的碳膜发生反应生成片层状的MnO2,取出石墨烯薄膜用去离子水冲洗多次,在150°C下干燥5h,便得到三维多孔石墨稀-MnO2复合薄膜。
[0058]对上述制备的三维多孔石墨稀-MnO2复合薄膜进行了如实施例1中所述的扫描电镜测试和电容性能测试,测试结果表明,所制备的三维多孔石墨烯-MnO2复合薄膜呈三维多孔结构;在不同扫速下,三维多孔还原石墨烯-MnO2复合薄膜的比电容远远大于纯的还原石墨烯的比电容,具有明显较优越的电容性能,在扫速为2mV/s时,三维多孔还原石墨烯-MnO2复合薄膜的比容量可达248F/g,具有高容量的特点,通过对制成的电容器的循环寿命测试表明,在循环5000次后,容量可以保持最初容量的88.5 %,证明该电容器电极材料具有高稳定性。
[0059]实施例4
[0060]在本实施例中,通过以下原位方法来制备本发明的多孔石墨烯-|^02复合薄膜,具体包括以下步骤:
[0061](I)氧化石墨烯分散液的制备:如实施例1的步骤(I)所述制备氧化石墨固体,取制得的氧化石墨固体25mg,加入到50mL去离子水中,400W下超声剥离2h,使得氧化石墨在超声作用下剥离为氧化石墨烯片层结构,得到分散良好的氧化石墨烯分散液,浓度为
0.5mg/mL ;
[0062](2)碳膜均勾包覆的还原石墨稀-碳酸妈复合薄膜的制备:取20mL步骤(I)制备的氧化石墨烯分散液,加入1.2mol的氯化钙和0.004mol的葡萄糖(氯化钙与葡萄糖的摩尔比为300:1),进行充分的搅拌,使得氯化钙和葡萄糖完全溶解,然后再加入1mL浓度为75%的氨水,再搅拌30min,然后通入99.99%的CO2气体,使得氯化钙与二氧化碳充分完全反应,生成碳酸钙颗粒,得到土黄色悬浊液;取5mL上述的土黄色悬浊液,加入到真空抽滤器中滤膜上,抽滤20h,然后在60°C下干燥5h后,轻轻地将抽滤的氧化石墨烯薄膜揭下,将得到的氧化石墨烯滤膜置入管式炉中,通入lOOsccm的氩气,在600°C下退火5h,使得氧化石墨烯还原得到还原石墨烯,并且使得葡萄糖得到完全碳化,便得到碳膜均匀包覆的石墨烯-碳酸钙复合薄膜;
[0063](3)碳膜均匀包覆的三维多孔石墨烯薄膜的制备:将步骤(2)得到的石墨烯-碳酸钙复合薄膜置入2mol/L的盐酸溶液中,反应40min,去除复合薄膜中的碳酸钙颗粒,便得到碳膜均匀包覆的三维多孔石墨烯薄膜,将得到薄膜反复用去离子水和乙醇清洗多次,去除杂质;
[0064](4)三维多孔石墨稀-!^叫复合薄膜的制备:取2片5x5mm 2的第三步得到的多孔石墨稀薄膜,分别置入25mL的特氟龙反应Il中,分别加入15mL的6mmol/L的高猛酸钾溶液,密封并在180°C下水热反应20min,高锰酸钾溶液与包覆在三维多孔石墨烯表面的碳膜发生反应生成片层状的MnO2,取出石墨烯薄膜用去离子水冲洗多次,在150°C下干燥5h,便得到三维多孔石墨稀-MnO2复合薄膜。
[0065]对上述制备的三维多孔石墨稀-MnO2复合薄膜进行了如实施例1中所述的扫描电镜测试和电容性能测试,测试结果表明,所制备的三维多孔石墨烯-MnO2复合薄膜呈三维多孔结构;在不同扫速下,三维多孔还原石墨烯-MnO2复合薄膜的比电容远远大于纯的还原石墨烯的比电容,具有明显较优越的电容性能,在扫速为2mV/s时,三维多孔还原石墨烯-MnO2复合薄膜的比容量可达249F/g,具有高容量的特点,通过对制成的电容器的循环寿命测试表明,在循环5000次后,容量可以保持最初容量的86.5 %,证明该电容器电极材料具有高稳定性。
[0066]实施例5
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