[发明专利]二氧化锰-氧化银复合氧化物纳米片及其采用石墨烯为模板制备的方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料的制备技术，特别是一种二氧化锰-氧化银复合氧化物纳米片及其采用石墨烯为模板制备的方法。

背景技术

MnO₂是研究较为广泛的多功能过渡金属氧化物，它具有环境友善、价格低廉、资源丰富等优点，并且具有优异电化学性能，在作为电池电极材料的商业化过程中已取得了巨大的成功。氧化银是一种历史悠久的无机氧化物，在葡萄糖传感器、氧化剂、制备纳米银前驱体、助催化剂及电化学活性材料等领域具有潜在的应用前景。但是在传统的纳米氧化银制备过程中，烘干过程不可避免的导致了氧化银纳米粒子的团聚，这会减小活性物质比表面积，极大地影响了其优异性能的发挥。考虑到MnO₂也是一种性能优异的电化学活性材料，如果纳米氧化银与二氧化锰进行复合，不仅可有效解决团聚问题，而且由于复合效应，有可能使材料电化学性能得到进一步提升。

石墨烯是单层碳原子按照蜂窝状排列而成的二位晶体，由于较大的比表面积、优异的导电性及独特的物理化学性能而备受人们关注。石墨烯的制备方法目前主要有四种：机械法、外延生长、有机合成及化学剥离法。其中化学剥离是目前被认为最合理的，也是已知方法中能够大量制备石墨烯的一种常用手段。以天然石墨为起始原料，采用超声剥离的方法可在溶剂中制备晶形完整的石墨烯基片，是一种操作简单、绿色无污染的方法。

首先以石墨烯为载体采用软化学的方法制备石墨烯负载纳米氧化银材料，然后将石墨烯的碳原子用二氧化锰取代，可得到二氧化锰-氧化银复合氧化物纳米片材料。这是一种新型的复合材料，所得的产物将继承石墨烯良好的片层结构及较大的比表面积，且可有效抑制电化学循环过程中产生的团聚现象。由于二氧化锰和氧化银都是是极具潜力的超级电容器电极材料，这一独特的纳米结构将非常有利于电化学反应过程中离子的插层，提高材料的比电容和循环性能。所制备复合物将会在超级电容器领域得到广泛的应用。然而，采用石墨烯为模板制备二氧化锰-氧化银复合氧化物纳米片至今未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种操作简单的软化学方法，在温和条件下采用石墨烯为模板制备二氧化锰-氧化银复合氧化物纳米片。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种二氧化锰-氧化银复合氧化物纳米片，由以下步骤制备而得：

步骤1：将天然石墨分散于N-甲基吡咯烷酮中，然后进行超声处理；

步骤2：将步骤1中超声处理后所得混合物进行离心，弃底部残留固体，取其上层的混合液，即石墨烯分散于N-甲基吡咯烷酮中形成的悬浮液；

步骤3：将AgNO₃溶解于水中，形成AgNO₃水溶液；

步骤4：将步骤3中AgNO₃溶液加入步骤2的混合液中，搅拌反应得到Ag₂O负载在石墨烯上的复合物；

步骤5：KMnO₄溶解于水中；形成KMnO₄水溶液；

步骤6：将步骤5中KMnO₄溶液加入步骤4得到的复合物混合液中，搅拌反应，石墨烯与KMnO₄生成MnO₂，反应方程式为4KMnO₄+3C+H₂O→4MnO₂+K₂CO₃+2KHCO₃，从而Ag₂O负载在二氧化锰片上；

步骤7：将步骤6反应后得到的混合液，离心、洗涤、干燥、研磨即得二氧化锰-氧化银复合氧化物纳米片材料。

本发明有一下显著优点：(1)采用软化学方法在温和条件下成功以石墨烯为模板制备了Ag₂O-MnO₂复合氧化物纳米片材料，可显著抑制Ag₂O在电化学过程中的团聚问题，为充分发挥其优异性能奠定了坚实的基础；(2)操作简单，设备便利，反应温度相对较低，无需加入任何稳定剂、模板剂或表面活性剂，产物的后处理方便，非常适用于大规模工业化生产；(3)较好地利用了石墨烯大比表面积的特点，得到了一种新的复合物，即Ag₂O-MnO₂复合氧化物纳米片材料，所得材料继承了石墨烯良好的片层结构，且结合了Ag₂O与MnO₂两种电化学活性材料的优点，在电化学测试中表现出了优异的电化学性能，表明其在电化学领域具有非常广阔的应用前景。