[发明专利]一种醇热法制备钴/石墨烯复合材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于钴/石墨烯复合材料领域，特别涉及一种醇热法制备钴/石墨烯复合材料的方法。

背景技术

石墨烯是一种由碳原子按sp²碳晶格紧密排列形成类似于蜂窝状结构的层状材料，近年来受到科学界的广泛关注。石墨烯的电子运动速度达到光速的1/300，也就是说远远超过了电子在一般导体中的运动速度，许多研究期待通过与石墨烯复合以达到提高材料电性能的目的。此外，它还具有很多优良的性能：良好的热传导性能、机械性能、化学稳定性，大的表面积-体积比，这使得它在纳米电子学、传感器、纳米复合材料、电池、超级电容器和氢存储等许多科技领域具有巨大的应用前景。

近年来研究者发现，石墨烯基复合材料可以显著提高原材料的电导率、导热性、机械强度等性能。Haegyeom Kim等在Carbon 49(2011)326-332上报道了低温下搅拌还原制得Co₃O₄/石墨烯复合物材料，约5.5nm的Co₃O₄颗粒附着在石墨烯片上，不仅极大地提高了电极的电导率，还避免了电极因充放电过程中Co₃O₄体积变化带来的碎裂。Zhong-Shuai Wu等在ACSNano 4(2010)3187-3194上报道了利用硝酸钴和氨水作用得到Co(OH)₂/石墨烯复合物，然后煅烧得到Co₃O₄/石墨烯复合物，表现出良好的电性能。Hongkun He和Chao Gao在ACS ApplMater Inter 2(2010)3201-3210上报道了通过将FeCl₃和GO在NaOH/DEG中高温反应合成出Fe₃O₄/石墨烯复合物，其颗粒直径分布在1.2～6.3nm，复合材料显示出良好的电性能和磁性能。

研究者对金属单质与石墨烯的复合材料也进行了广泛研究。Yaojuan Hu等在Electrochimica Acta 56(2010)491-500上报道了用电镀法制得Au/石墨烯纳米结构复合材料，其催化活性明显高于单一使用Au或者石墨烯时的活性。Ki-Seok Kim等在Synthetic Metals 160(2010)2355-2360上报道了通过联氨还原硝酸银、氧化石墨、PVP和APTMS混合溶液来制备银掺杂石墨烯复合材料，制备出Ag-GR/PPy复合材料，测试结果表明Ag纳米颗粒显著提高了polypyrrole/石墨烯复合物的电化学性能。Sheng Liu等在Journal of Power Sources 195(2010)4628-4633中报道了通过电化学还原法制备Pt/可膨胀石墨烯纳米片，直径约为15nm的Pt颗粒均匀分散在石墨烯层中，提高了石墨烯纳米片的电催化性能，稳定性好。Shubin Yang等在ChemSusChem 3(2010)236-239上报道了采用平面型金属有机物分子如酞菁钴(CoPc)来获得有机金属/石墨烯复合物，再通过联氨溶液还原得到了Co/石墨烯复合物，Co的粒径约为7nm。

目前制备金属/石墨烯复合物的方法主要存在以下缺陷：工艺步骤较多、成本较高。因此寻找一步法制备成本低、结晶好、不易团聚的金属/石墨烯复合材料成为研究的热点。目前未见采用醇热法制备钴/石墨烯复合材料的报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种醇热法制备钴/石墨烯复合材料的方法，该方法工艺简单，易于工业化生产；所制备的钴/石墨烯复合材料中钴晶相纯，与石墨烯复合良好，在石墨烯表面与层中分散性好，复合材料电阻率小，磁化强度高，具有良好的应用前景。

本发明的一种醇热法制备钴/石墨烯复合材料的方法，包括：

(1)室温下将氧化石墨分散于乙二醇溶液中，得浓度为0.5～2mg/mL的混合液，将混合液超声分散30～60min后，加入钴盐、无水乙酸钠和聚乙二醇，搅拌1～2h，形成反应液；其中，钴盐与氧化石墨的质量比为1∶1～5∶1，无水乙酸钠与钴盐的质量比为10∶1～12∶1，聚乙二醇与乙二醇的体积比为1∶110～1∶550；

(2)将上述反应液加入反应釜中，升温至180～210℃，反应8～16h；将所得产物冷却至室温，离心收集产物，用去离子水和无水乙醇洗涤，烘干即得。

所述步骤(1)中的钴盐为六水合硝酸钴。

所述步骤(1)中的乙二醇的质量浓度为98％～99.5％。