[发明专利]铁/锰氧化物掺杂石墨烯复合材料的制备方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及功能化石墨烯复合材料的制备，特别是一种Mn/Fe掺杂石墨烯复合材料的制备方法。 

【背景技术】

石墨烯及其衍生物氧化石墨烯均有良好的物理和化学性质，具有巨大的表面积和丰富的官能团，具有优良的力学、电学、光学、热学性质。使其成为良好的吸附、电化学材料。而金属氧化物在特定条件下通过发生可逆氧化还原反应，可以产生很大的准电容容量或储锂容量，是电化学电容器或锂离子电池电极材料的可能选择。 

纳米金属氧化物是功能和智能材料的基础，是制造功能元件的和核心材料。纳米金属氧化物在透明导体、平板显示、气相与液相和敏感器及化学反应催化剂等领域有重要应用。当金属氧化物处于纳米状态时，其界面原子占了很大比例。因此，小尺寸效应，量子尺寸效应，介电限域效应及表面效应显著。这导致其物理和化学性质与传统大块金属氧化物材料显著不同。纳米金属氧化物将在化学、物理、材料、生物、医学等学科及高科技领域具有广阔的应用前景。 

因此，将金属氧化物负载于导电性良好的石墨烯上，所制备的金属氧化物修饰石墨烯基复合材料，集石墨烯与金属氧化物的特性于一身，表现出良好的吸附、导电、方便分离等能力。 

【发明内容】

本发明的目的是将金属氧化物负载于导电性良好的石墨烯上，所制备的金属氧化物修饰石墨烯基复合材料，集石墨烯与金属氧化物的特性于一身，表现出良好的吸附、导电、方便分离等能力，提供一种铁／锰氧化物掺杂石墨烯复合材料的制备方法，并将其应用于电化学传感领域。 

本发明的技术方案： 

一种铁／锰氧化物掺杂石墨烯复合材料的制备方法，首先通过溶剂热法合成不同尺寸Fe₃O₄纳米微球修饰的磁性石墨烯复合材料和铁酸锰修饰石墨烯复合材料，然后以磁性石墨烯复合材料为基底，硫酸锰为还原剂，高锰酸钾为氧化剂，通过氧化还原反应，合成二氧化锰／四氧化三铁修饰石墨烯的复合材料，包括如下步骤： 

1)磁性石墨烯复合材料的制备 

采用溶剂热法合成磁性石墨烯复材料：将FeCl₃·6H₂O溶于乙二醇中，得到 黄色透明溶液，加入氧化石墨烯超声分散混合均匀，将无水醋酸钠加入到上述溶液中，磁力搅拌30min，将溶液转入不锈钢反应釜中，放入烘箱中在220℃下晶化8-72h，产物用30ml乙醇洗3次，真空干燥，得到磁性石墨烯复材料； 

2)不同尺寸Fe₃O₄纳米微球修饰的磁性石墨烯复合材料的制备 

采用溶剂热法合成不同尺寸Fe₃O₄纳米微球修饰的磁性石墨烯复合材料：将FeCl₃·6H₂O溶于不同体积比乙二醇／聚乙二醇的混合溶液中，超声搅拌均匀得黄色透明溶液后，加入氧化石墨烯，超声分散混合均匀，后加入无水醋酸钠，超声搅拌30min，将溶液转入不锈钢反应釜中，放入烘箱中在220℃下晶化8-72h，冷却后将所得黑色絮状物质用30ml乙醇反复磁分离洗涤3次，真空干燥，得到不同尺寸Fe₃O₄纳米微球修饰的磁性石墨烯复合材料； 

3)铁酸锰修饰石墨烯复合材料的制备 

铁酸锰修饰石墨烯复合材料的制备：将FeCl₃·6H₂O溶于乙二醇中，超声搅拌均匀得黄色透明溶液后，加入氧化石墨烯和MnSO₄·H₂O，超声分散均匀，然后加入无水醋酸钠，超声搅拌30min，将溶液转入不锈钢反应釜中，放入烘箱中在220℃下晶化8-72h，冷却后所得黑色絮状物质用30ml二次水和乙醇反复磁分离各洗3次，真空干燥，得到铁酸锰修饰石墨烯复合材料； 

4)二氧化锰／四氧化三铁修饰石墨烯复合材料的制备 

二氧化锰／四氧化三铁修饰石墨烯复合材料的制备：将磁性石墨烯复合材料，超声分散在二次水中，将MnSO₄·H₂O加入上述溶液，超声分散，在80℃下机械搅拌，将KMnO₄和KOH溶于二次水中，加入上述溶液中，反应1-4小时。用乙醇洗至中性，真空干燥，得到二氧化锰／四氧化三铁修饰石墨烯复合材料；