三元复合材料的制备方法及应用_2

文档序号:9728637阅读:来源:国知局
,搅拌2?6h ;然后升温至30?40°C继续搅拌3?8h,加入质量百分比浓度为20?50%的双氧水至溶液变黄后离心、洗涤至洗出液的pH值为6?8,超声分散得到氧化碳纳米管分散液。
[0025]本发明采用的氧化石墨烯是由天然鳞片石墨化学氧化得到:保持0°C水浴条件,边机械搅拌边按(质量比)浓硫酸:天然鳞片石墨=30?200:1?5,将天然鳞片石墨加入浓硫酸,加入少量硝酸盐得到混合液;然后在0?15°C的条件下,往混合液中加入高锰酸盐(高锰酸盐:天然鳞片石墨为50?10: 25?1),搅拌2?6h ;然后升温至30?40°C继续搅拌3?8h,得到黄色的氧化石墨烯分散液,真空抽滤至洗出液的pH值为6?8,超声分散后待用。
[0026]本发明还提供了所述的化学改性碳材料/石墨烯/Ru02三元复合材料的应用,将所述的化学改性碳材料/石墨稀/Ru02三元复合材料作为电极材料应用于制备电容器。
[0027]优选的方案,将所述化学改性碳材料/石墨稀/R11O2三元复合材料与导电剂及胶黏剂混合后通过涂布法制备用于电容器的电极片。
[0028]相对现有技术,本发明的技术方案带来的有益技术效果:
[0029]1)本发明的技术方案采用化学改性活性碳材料制备化学改性碳材料/石墨烯/Ru02三元复合材料具有电化学活性高,且稳定性、导电性和循环性好的特点。
[0030]2)本发明的技术方案化学改性碳材料/石墨烯/Ru02三元复合材料制备的电容器的电极片,可有效地提升电极比表面积和电容量,提高电容器功率密度和倍率性能。
[0031]3)本发明的化学改性碳材料是将现有的碳材料通过氧化或者还原处理,在活性碳材料表面生成大量的活性基团,有利于锚固生成的纳米氧化钌,同时氧化还原有利于碳材料表面的扩孔,可以增大其比表面积,可以使生成的纳米氧化钌部分嵌入碳材料表面孔洞中,更进一步稳定了纳米氧化钌,有效防止生成的纳米氧化钌团聚。
[0032]4)本发明的化学改性碳材料填充在石墨烯片层之间,一方面能共同构筑三维孔隙结构,建立良好的质子/电子传输通道,改善其质子/电子传输能力,同时提供更多的电化学活性位点,提高其电化学性能,另一方面碳材料充分发挥了其本身优良的稳定性、导电性,可以改善氧化钌在充放电时的晶体结构破坏所导致的稳定性、导电性、循环性降低的问题。
[0033]5)本发明采用的化学改性碳材料通过氧化还原处理后表面的活性基团增多,亲水性较好,可以使化学改性碳材料能很好地分散在水中,促进生成的纳米氧化钌分散,同时能够有效防止石墨片层之间的团聚,使得到的化学改性碳材料/石墨烯/Ru02三元复合材料均一,有利于提尚氧化I了电容的利用率。
[0034]6)本发明采用的化学改性碳材料来制备化学改性碳材料/石墨烯/Ru02三元复合材料,相对现有的石墨烯/氧化钌复合材料,减少了钌的使用量,生产成本低,防止环境污染。
[0035]7)本发明采用的化学改性碳材料/石墨稀/Ru02三元复合材料制备方法简单,反应条件温和,易于实现工业化生产。
[0036]8)通过本发明方法制备的化学改性碳材料/石墨烯/Ru02三元复合材料中,氧化钌于改性碳材料和还原氧化石墨烯的表面原位生成,各组分紧密结合,有利于界面和体相中质子和离子的快速传导,使其应用在在新型电容电极材料中性能突出。
【附图说明】
[0037]【图1】为本发明的化学改性碳材料/石墨烯/Ru02三元复合材料结构示意图。
[0038]【图2】为实施例1?4所制得的经化学修饰改性的各类碳材料改性石墨烯/Ru02复合材料的SEM照片;a、b、c和d曲线分别依次为实施例1?4制备的化学改性碳纳米管/还原氧化石墨稀/Ru02三元复合材料。
[0039]【图3】为实施例5?8所制得的化学改性碳材料/石墨烯/Ru02三元复合材料的循环伏安分析结果;a、b、c和d曲线分别为实施例5?8化学改性碳纳米管/还原氧化石墨烯/Ru02复合电极,在循环伏安法测试条件下所得曲线。
[0040]【图4】为本发明的工艺流程图。
【具体实施方式】
[0041]以下实施例旨在进一步详细说明本
【发明内容】
,但并不因此将此发明保护限制在所述实例范围内。
[0042]以下实施例中用到的氧化石墨烯的制备:
[0043]保持0°C水浴条件,边机械搅拌边按(质量比)浓硫酸:天然鳞片石墨=100:3,将天然鳞片石墨加入浓硫酸,加入少量硝酸盐得到混合液;然后在5°C的条件下,往混合液中加入高锰酸盐(高锰酸盐:天然鳞片石墨为40:5),搅拌3h;然后升温至30°C继续搅拌5h,得到黄色的氧化石墨烯分散液,真空抽滤至洗出液的pH值为中性,超声分散后待用。
[0044]以下实施例中的氧化碳纳米管、氧化活性炭、氧化介孔碳按如下方法制备得到:
[0045]以碳纳米管、活性炭、介孔碳等碳材料为原料。
[0046]将过硫酸钾、五氧化二磷、碳材料按质量比10:5:20加入浓硫酸中,在80°C加热搅拌12h后,固液分离,并洗涤固体至洗出液的pH值至7.0,然后在60°C干燥,得到预氧化碳材料;按质量比,浓硫酸:预氧化碳材料=100: 3,将步骤一所得预氧化碳材料加入浓硫酸中,搅拌均匀后加入硝酸盐(硝酸盐与碳材料的质量比为5:10),得到混合液;然后在0°C的条件下,往混合液中加入高锰酸盐并在10°C的条件下,搅拌4h;然后升温至35°C继续搅拌5h,加入质量百分比浓度为30%的双氧水至溶液变黄后离心、洗涤至洗出液的pH值为7,超声分散得到氧化碳材料分散液。
[0047]以下实施例中的碳微球的制备方法:在高压釜中加入总体积为600mL的0.1M葡萄糖溶液,随后加入适量浓度为0.2M的葡萄糖,将混合液体在150°C进行水热反应8h,之后,将混合液体自然冷却至室温;离心后,得到黑色固体,用离子交换水和乙醇分别清洗三遍,清洗过程中进行超声处理再分散沉淀物,干燥后得到直径约为150nm,粒径分布较窄的碳微球。将碳微球在烧结炉中400°C煅烧6h,可以得到还原碳微球。
[0048]实施例1
[0049]将氧化碳纳米管与氧化石墨、氯化钌按一定质量比(1:3:36)加入水热反应釜,置于电热鼓风干燥箱200°C反应15h后,倾倒除去上层清液,反复离心、水洗得相应复合材料粉末,并190°C退火处理3h。
[0050]图2a为实施例1制得的碳纳米管/还原氧化石墨烯/Ru02复合材料的SEM照片。从该图中可以看出还原氧化石墨烯的加入引入了多层褶皱的表面结构,Ru02的均匀分散在其提供的更大的基体表面上。
[0051 ] 实施例2
[0052]将氧化活性炭与氧化石墨、氯化钌按一定质量比(1:4:36)加入水热反应釜,置于电热鼓风干燥箱200°C反应15h后,倾倒除去上层清液,反复离心、水洗得相应复合材料粉末,并190°C退火处理3h。
[0053]图2b为实施例2制得的活性炭/还原氧化石墨稀/R11O2复合材料的SEM照片。从该图中可以看出复合材料整体表面有众多裂纹和孔隙,呈现疏松状态。
[0054]实施例3
[0055]将氧化介孔碳与氧化石墨、氯化钌按一定质量比(1:3:40)加入水热反应釜,置于电热鼓风干燥箱200°C反应15h后,倾倒除去上层清液,反复离心、水洗得相应复合材料粉末,并200°C退火处理3h。
[0056]图2c为实施例3制得的介孔碳/还原氧化石墨稀/R11O2复合材料的SEM照片。从该图中可以看出含氧碳材料与Ru02的结合非常紧密,呈均匀混合分散的趋势,Ru02原位生成于碳材料表面成蜂窝状膜。
[0057]实施例4
[0058]将煅烧碳微球与氧化石墨、氯化钌按一定质量比(1:4:40)加入水热反应釜,置于电热鼓风干燥箱200°C反应15h后,倾倒除去上层清液,反复离心、水洗得相应复合材料粉末,并200°C退火处理3h。
[0059]图2d为实施例4制得的碳微球/还原氧化石墨烯/Ru02复合材料的SEM照片。从该图中可以看出复合材料呈现多孔、疏松、表面粗糙的形貌。
[0060]实施例5
[0061]以实施
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