[发明专利]一种氧化铁/石墨烯复合材料的制备方法及其应用

说明书

本发明公开一种氧化铁/石墨烯复合材料的制备方法及其应用，包括以下步骤：S1：采用改进的Hummers法制备的氧化石墨烯；S2：将氧化石墨烯加入去离子水中，超声分散1h，再加入九水合硝酸铁，滴加H₂O₂溶液，再滴加HCl溶液调节pH为1‑2，搅拌20min，混合均匀后，移入反应釜中，180℃水热反应10h；S3：将反应后混合液进行离心，用去离子水和乙醇分别润洗留底物三次，60℃真空干燥12h，即得氧化铁/石墨烯复合材料。本发明制出的Fe₂O₃+RGO‑2复合材料用作电极材料时，在1M的KOH电解液中存在明显的赝电容效应，电流密度为5mV/s时的体积比电容高达256.11F/g，具有较好的倍率性能和循环稳定性，在500th下循环后的比电容保持率高。

技术领域

本发明属于电极材料合成领域，具体涉及一种氧化铁/石墨烯复合材料的制备方法及其应用。

背景技术

由于经济社会的发展，对能源的需求量剧增，传统化石能源的减少促使人们集中精力发展可再生能源技术。在我国现存能源短缺的情况下，超级电容器成为研究热点。与二次电池相比，超级电容器具有更高的功率密度，可在极短的时间内释放大电流，其广泛应用于辅助峰值功率、备用电源、存储再生能源等不同领域。但由于其能量密度相对较低，难以完全取代电池器件，故研发高性能的电极材料、提高电解液的稳定性、开发新型非对称性电容器、不断优化制备工艺等，将是今后超级电容器领域的主要研究方向。这其中电极材料复合化是一种有效途径，即利用不同材料之间的协同效应，通过构建异质结构、掺杂等方法来获得性能优异的电极材料。许多研究人员选择具有高析氧过电位的过渡金属氧化物作为正极材料和碳基负极材料在水电解质中形成杂化超级电容器。过渡金属氧化物是典型的赝电容器电极材料，其理论比容量和能量密度是碳材料的10-100倍，电化学性能十分稳定，具有较高的储锂容量，例如SnO₂，MnO，Co₃O₄和ZnO。其中铁氧化物及其复合物电容性能优异，具有锂离子扩散系数高、无毒、成本低等优点，是锂离子电池理想的负极材料。铁化合物原料丰富、价格低廉，具有比表面积高、孔径结构可调以及金属中心可修饰等特点，被广泛应用于电化学传感、电化学催化和能量存储等领域。而石墨烯的理论比表面积高达2630m²/g，是一种理想的电化学双层超级电容器(EDLC)的碳材料。

基于以上所述，本发明利用Fe³⁺和氧化石墨烯之间的物理化学作用，一步水热法合成氧化铁/石墨烯复合材料，其具有独特的纳米结构，有利于形成更多的电极/电解液的界面。通过直接在石墨烯表面制备出高活性材料，以较小化聚集来得到较大化电化学可达面积。合成的氧化铁前聚体价格低廉、对环境友好，合成的Fe₂O₃+RGO-2纳米复合材料具有优异的电容性能，作为水相超级电容器负极材料具有良好的应用前景。

发明内容

针对现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种氧化铁/石墨烯复合材料的制备方法。

本发明的技术方案概述如下：

一种氧化铁/石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S1：采用改进的Hummers法制备的氧化石墨烯；

S2：将氧化石墨烯加入去离子水中，超声分散1h，再加入九水合硝酸铁，滴加H₂O₂溶液，再滴加HCl溶液调节pH为1-2，搅拌20min，混合均匀后，移入反应釜中，180℃水热反应10h；

S3：将反应后混合液进行离心，用去离子水和乙醇分别润洗留底物三次，60℃真空干燥12h，即得氧化铁/石墨烯复合材料。