[发明专利]一种高分散石墨烯-氧化钌纳米复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种高分散石墨烯‑氧化钌纳米复合材料的制备方法，属于电化学领域。该制备方法包括以下步骤：制取石墨烯量子点；将氧化石墨烯分散于去离子水，搅拌下加入上述石墨烯量子点溶液，调节pH至中性并逐滴加入钌源溶液，收集沉淀，去离子水洗涤，干燥得钌‑氧化石墨烯复合物；在气体氛围中锻烧得到钌‑石墨烯纳米复合材料；再在空气气氛条件下低温热处理后得到石墨烯‑氧化钌纳米复合材料。本发明简化了合成程序，形成了小尺寸的氧化钌纳米粒子均匀分散在石墨烯片层上，避免了纳米粒子堆积，使氧化钌具有较大的比表面积。

技术领域

本发明属于电化学领域，涉及一种高分散石墨烯-氧化钌纳米复合材料的制备方法。

背景技术

氧化物材料是法拉第赝电容材料中的一大类，最早被认识到可用作超级电容器的氧化物材料是二氧化钌及其水合物。Trasatti等(1971)最先提出将RuO₂材料应用于电化学电容器。RuO₂的特殊理化性质使其用作超级电容器材料时具有天然的优势，二氧化钌的导电性极佳，几乎具有类似于金属的导电性，其电子电导率可达到3×10²S·cm^-1。

目前常用的超级电容器电极材料各有优势和不足，而仅仅对单一材料的结构设计和合成方法的研究己难以实现材料综合性能的提升。碳材料和氧化物材料之间存在优势互补的特点，碳材料具有高比表面积、良好的导电性能和电化学稳定性能，金属氧化物具有高的理论比容量和结构易控的优势。将金属氧化物负载于碳材料基体上，可以有效防止纳米颗粒的团聚，提供高的化学反应表面，可以发挥碳材料良好的导电能力，起到协同效应，复合材料的比容量会大于两种单一材料的比容量之和，因而复合材料的研究受到广泛青睐。

溶胶凝胶法或水热法均是制备RuO₂纳米颗粒的有效方法，可以制得结合水含量较高、比表面积较大的RuO₂材料，但纳米氧化物材料的表面能较高，容易团聚，失去大量的反应活性位点，导致材料的性能降低。为解决这一问题，有效的方法是将RuO₂纳米颗粒负载于碳基体材料的表面而获得良好的分散性和大的比表面积。在石墨烯材料的表面更易得到具有多孔结构的RuO₂材料，有利于获得高比表面积和高质子传输性能的材料。但目前现有的材料还存在反应活性不高、性能优势不足、对环境不够友好等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种石墨烯-氧化钌纳米复合材料的制备方法，其利用组氨酸功能化石墨烯量子点使金属纳米粒子分散并固定在石墨烯上，组氨酸功能化石墨烯量子点绿色环保，且由于组氨酸功能化石墨烯量子点中含有丰富的N元素，在高温还原的过程中会形成氮掺杂的石墨烯，有利于提高反应活性，提高性能，该制备方法新颖、简单易操作，。

本发明提供了一种石墨烯-氧化钌纳米复合材料的制备方法，技术方案如下：

一种石墨烯-氧化钌纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)摩尔比为1:2-2:1的柠檬酸与组氨酸在150～200℃下反应，得到石墨烯量子点，将石墨烯量子点分散于去离子水中得到石墨烯量子点水溶液；

(2)将氧化石墨烯分散于去离子水得到水溶液，搅拌下加入步骤(1)中得到的石墨烯量子点水溶液，调节pH至中性，得到混合物，加入钌源溶液，收集沉淀，去离子水洗涤，干燥得钌-氧化石墨烯复合物；

(3)将步骤(2)得到的钌-氧化石墨烯复合物在气体氛围中锻烧得到钌-石墨烯纳米复合材料；所述锻烧的温度为600-1000℃，时间为1-10个小时；

(4)将步骤(3)得到的钌-石墨烯纳米复合材料在空气气氛条件下低温热处理后得到石墨烯-氧化钌纳米复合材料；所述低温热处理的温度为100-300℃，处理时间为1-10个小时。

进一步地，步骤(2)所述氧化石墨烯为片尺寸在3-500nm且边缘含有能与三价钌离子形成配位键的功能基团的纳米石墨烯。