[发明专利]石墨烯量子点与铁锰固溶体的复合纳米线的制备方法

说明书

本发明提供一种石墨烯量子点与铁锰固溶体的复合纳米线的制备方法，包括：a)制备石墨烯量子点的溶剂分散体，其中石墨烯量子点的平均粒径为2至5nm，并且溶剂分散体中的石墨烯量子点的浓度为5至10mg/mL；b)将乙酸锰和草酸反应得到草酸亚锰，再向其中加入硫酸亚铁，进一步反应得到草酸亚锰与草酸亚铁的混合前驱体，并且将得到的产物洗涤并干燥；c)将步骤a)中得到的石墨烯量子点的溶剂分散体、步骤b)中得到的草酸亚锰与草酸亚铁的混合前驱体与稳定剂混合搅拌以得到混合溶液；d)将步骤c)中得到的混合溶液通过静电纺丝方法制成纳米线并且对其进行干燥和退火。

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，具体地，涉及一种石墨烯量子点与铁锰固溶体的复合纳米线的制备方法。

背景技术

随着工业和社会的发展，电能储存已成为一个越来越重要的问题。目前，锂离子电池(LIBS)以其高能量密度、高倍率性能、高安全性、低成本等优点，被广泛应用于各种便携式电子设备，如手机、笔记本电脑、摄像机等。由于石墨基材料其低的理论比容量(372mA hg^-1)和有限倍率能力，发展出各方面性能很好锂离子电池是目前亟待解决的事。近年来，零维石墨烯量子点由于其量子限域效应、尺寸效应以及边界效应等，具有诸多独特的性能，有望应用于光电子、生物、催化、电池等领域。Chao等人利用石墨烯量子点包覆VO₂阵列用于高性能锂离子或钠离子电池[Chao et al.Nano Lett.2015,15,565-573]。过渡金属氧化物在锂离子电池、超级电容器等领域也具有潜在的应用。锰的氧化物作为阳极材料在LIBS中的应用越来越受到人们的重视，为了控制正极材料的性能，人们一直在努力控制锰氧化物的结构。Qiu等人以功能多元醇分子和高锰酸钾为前驱体，通过水热化学法制备了不同形状的Mn₂O₃的层次结构，并研究了纳米Mn₂O₃阳极材料对于电化学储锂的插入/提取循环过程的影响。[Qiu et al.ACS Appl.Mater.Interfaces 2013,5,10975-10984.]。此外，Sun等人报道了石墨烯增强的氧化亚锰具有更高的比容量及好的循环性能。

然而，开发一种新的用于合成用于锂离子电池储能应用的新材料的方法仍具有重要的意义。

发明内容

从以上阐述的技术问题出发，本发明的目的是通过静电纺丝的方法，制备石墨烯量子点与铁锰固溶体的复合纳米线，其在锂离子电池等领域具有良好的应用前景。

具体地，本发明涉及一种石墨烯量子点与铁锰固溶体的复合纳米线的制备方法，其中所述铁锰固溶体具有由下式表示的化学组成：Mn_0.8Fe_0.2O，将石墨烯量子点的溶剂分散体作为静电纺丝前驱体溶液，并且得到的石墨烯量子点与铁锰固溶体的复合纳米线的平均直径为200至500nm。

根据本发明的一个方面，提供一种石墨烯量子点与铁锰固溶体的复合纳米线的制备方法，所述方法包括下列步骤：

a)制备石墨烯量子点的溶剂分散体，其中所述石墨烯量子点的平均粒径为2至5nm，并且所述溶剂分散体中的所述石墨烯量子点的浓度为5至10mg/mL；

b)将乙酸锰和草酸反应得到草酸亚锰，再向其中加入硫酸亚铁，进一步反应得到草酸亚锰与草酸亚铁的混合前驱体，并且将得到的产物洗涤并干燥；

c)将步骤a)中得到的石墨烯量子点的溶剂分散体、步骤b)中得到的草酸亚锰与草酸亚铁的混合前驱体与稳定剂混合搅拌以得到混合溶液；

d)将步骤c)中得到的混合溶液通过静电纺丝方法制成纳米线并且对其进行干燥和退火，以得到所述石墨烯量子点与铁锰固溶体的复合纳米线。

根据本发明的某些优选实施方案，其中在步骤b)中，乙酸锰、草酸和硫酸亚铁的重量比为1.94-2.18:1.27:0.39-0.78。