[发明专利]一种金属锰氧化物/石墨烯复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种金属锰氧化物/石墨烯复合材料的制备方法，先用高锰酸钾氧化石墨粉体，在氧化石墨的同时使高锰酸钾中的锰离子在长链有机胺的还原作用下生成金属锰氧化物，同时长链有机胺可以吸附在其表面有效防止锰氧化物在氧化石墨烯表面的团聚，最后经过L‑抗坏血酸的进一步还原氧化石墨烯得到金属锰氧化物/石墨烯复合材料。本发明方法工艺简单，无需再添加锰源，成本低，并且高度氧化的石墨烯能提供更多的活性位点使锰金属氧化物在石墨烯上分散均匀，稳定性好。

技术领域

本发明涉及功能化石墨烯复合材料领域，具体涉及一种金属锰氧化物/石墨烯复合材料的制备方法。

背景技术

石墨烯作为一种由单层碳原子紧密堆积而成的二维平面结构的碳纳米材料，具有独特的机械和电学性能在燃料电池，光催化，传感，能源存储和催化等领域具有广泛的前景。同时，石墨烯独特的二维纳米结构也使其成为金属纳米粒子理想的载体。

纳米金属氧化物材料因其纳米颗粒粒径极小，比表面积极大，而表现出截然不同的声、光、电、磁等新的小尺寸效应，使得纳米金属氧化物成为功能化元件发展的基础，在光学、电子学、传感器、特殊催化、染料敏化太阳能电池等领域有广泛的应用。锰的氧化物近年来由于在电池、电致变色和磁性器件上的应用，成为人们不断关注的新型半导体材料。目前合成金属锰氧化物/石墨复合材料的方法主要是将氧化的石墨与高锰酸钾再次混合然后还原得到或者将锰盐与氧化石墨烯混合然后还原制得，如Wang等将Mn(CH₃COO)₂与氧化石墨烯溶液溶剂在DMF/H₂O溶剂中再水热还原，制备出Mn₃O₄/石墨烯复合材料(Journal ofAmerican Chemical Society,2010,132(40):13978-13980)；Patel等将氧化石墨与KMnO₄溶液在中性条件下混合，然后过滤洗涤煅烧得到MnO₂/C的复合材料(Journal ofMaterials Chemistry,2012,22:3160-3169)。发明专利(CN 105833861 A)公开了一种二氧化锰/石墨烯复合催化剂的制备方法，用高锰酸钾氧化石墨得到氧化石墨烯分散液，然后再向氧化石墨烯分散液中加入硫酸锰和高锰酸钾溶液，最后热还原得到二氧化锰/石墨烯复合催化剂。众所周知，氧化石墨烯在Hummers制备方法中可选用高锰酸钾作为氧化剂，在制备完成后，需要经过长时间的透析除去锰离子和其他杂质离子，这就造成了锰和水资源的浪费。因此常用方法制备锰金属负载的石墨烯材料时仍需要再次引入锰盐，使得工艺变复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无需外加锰源、金属锰氧化物能在石墨烯表面分散均匀的金属锰氧化物/石墨烯复合材料的制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种金属锰氧化物/石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)锰离子负载氧化石墨烯溶液的制备

称取高锰酸钾加入石墨粉与浓硫酸的分散液中，混合液在冰浴中搅拌30min后升温到40℃保温0.5h，然后加入300-900mL去离子水，升温到95℃，保温15min，冷却至室温缓慢滴加质量浓度30％的双氧水，双氧水和石墨粉的质量比为8-11:1，并连续搅拌3h，得到溶液A；

按高锰酸钾和长链有机胺摩尔比为1:3-5，量取长链有机胺溶液溶于二氯甲烷中，并连续搅拌0.5h，得到溶液B，浓度为0.05-0.3g/mL；

在室温下条件下将溶液B缓慢滴加至溶液A，滴加完毕后，并持续搅拌3h得混合溶液；

2)金属锰氧化物/石墨烯复合材料