一种蛋黄结构过渡金属氧化物/石墨烯复合材料及其制备方法与应用_3

文档序号:9419212阅读:来源:国知局
例制备的复合材料用于锂离子电池电极材料时,电学性能测试结果如图7所示。
[0068]由图可知,以蛋黄结构四氧化三铁/石墨烯为电极材料的电池比容量高且稳定。由此可说明材料结构稳定,电化学性能高。
[0069]实施例3
[0070]—种蛋黄结构过渡金属氧化物/石墨烯复合材料的制备方法,具体包括以下步骤:
[0071](I)氧化石墨烯的合成
[0072]通过改进的Hmnmers法制备氧化石墨稀,具体流程如下:冰浴条件下,向盛有6g硝酸钠和6g石墨混合物的100mL烧瓶中加入500mL质量分数为98 %的浓硫酸,搅拌0.7h (搅拌速度为800r/min),随后分15次逐步添加35g高锰酸钾,控制反应温度20°C以内,随后室温反应时间17h,将烧瓶转移至油浴加热,保持温度100°C,加入400mL去离子水,反应12h,溶液颜色从黑色转变成棕黄色;加入150mL质量百分数为35%的双氧水反应lh,还原残留氧化物,采用质量分数为10%盐酸溶液洗涤和去离子水洗涤至pH = 3.5后,于_50°C温度下冻干,得到氧化石墨烯;将氧化石墨烯用去离子水配成氧化石墨烯溶液,备用;
[0073](2)表面改性四氧化三铁纳米颗粒的合成
[0074]取SOmg四氧化三铁纳米颗粒和16mL去离子水分散于20mL乙醇中,超声分散30min (功率250W,频率50KHz),得到分散液;在35°C水浴条件下,向分散液中加入0.5mL正硅酸乙酯和ImL质量百分比为25%的氨水溶液,反应8h ;然后,加入0.1mL的3-氨丙基三乙氧基硅烷,搅拌2h (搅拌速度为800r/min),置于水热釜中于100°C水热反应24h,得到水热反应产物;将产物采用去离子水洗涤4次,于75°C真空干燥10h,得到表面改性的四氧化三铁纳米颗粒;
[0075](3)蛋黄结构四氧化三铁/石墨稀复合材料的合成
[0076]取200mg上述表面改性的四氧化三铁颗粒分散于40mL去离子水中,得到分散液;在搅拌条件下(转速800r/min),加入质量浓度为10%的稀盐酸溶液调节分散液至pH = 1,加入50mL浓度为lmg/mL的氧化石墨稀溶液,搅拌lh,得到混合物;随后将混合物置于水热釜中于180°C水热反应18h(无需经过灼烧处理),得到水热反应产物;将水热反应产物加入浓度为IM的KOH溶液中(其中水热反应产物与KOH溶液的质量体积比为400mg:200mL),搅拌反应12h (转速800r/min),离心水洗至中性,将所得固体置于50°C的真空干燥箱中干燥20h,得到蛋黄结构四氧化三铁/石墨烯复合材料。将本实施例制备的复合材料用于锂离子电池电极材料时,电学性能测试结果如图8所示。
[0077]由图可知,以蛋黄结构四氧化三铁/石墨烯为电极材料的电池比容量高且稳定。由此可说明材料结构稳定,电化学性能高。
[0078]实施例4 (对比实施例)
[0079]—种过渡金属氧化物/石墨烯复合材料的制备方法,具体包括以下步骤:
[0080](I)氧化石墨烯的合成:制备方法与实施例1相同;将氧化石墨烯用去离子水配成氧化石墨烯溶液,备用;
[0081](2) 二氧化硅表面改性四氧化三铁纳米颗粒的合成
[0082]取80mg表面改性的四氧化三铁纳米颗粒和16mL去离子水分散于64mL乙醇中,得到分散液;50°C水浴条件下,向分散液中加入0.5mL正硅酸乙酯和ImL质量百分比为25%的氨水溶液,反应5h,再置于水热Il中于100°C水热反应24h,得到水热反应产物;将水热反应产物通过去离子水洗涤3次,60°C真空干燥10h,得到二氧化硅表面改性的四氧化三铁纳米颗粒;
[0083](3)四氧化三铁/石墨烯复合材料的合成
[0084]取50mg上述表面改性的四氧化三铁颗粒分散于20mL去离子水中,得到分散液;在搅拌条件下(转速为1000r/min),加入质量浓度为5%的稀盐酸溶液调节分散液至pH =
2.5,加入50mL浓度为lmg/mL的氧化石墨稀溶液,搅拌lh,得到混合物;随后将混合物置于水热釜中于180°C水热反应12h,得到水热反应产物;将水热反应产物加入浓度为5M的KOH溶液中(其中水热反应产物与KOH溶液的质量体积比为10mg:50mL),搅拌反应1h (转速为lOOOr/min),,离心水洗至中性,将所得固体置于60°C的真空干燥箱中干燥10h,即得四氧化三铁/石墨烯复合材料。将本实施例制备的复合材料用于锂离子电池电极材料时,电学性能测试结果如图9所示。
[0085]由图可知,以此实例制备的四氧化三铁/石墨烯复合材料为电极材料的电池比容量低且有容量衰减。由此可说明相比于实施例1制备的产物,此实施例制备的四氧化三铁/石墨烯复合材料结构稳定性差,电化学性能低。
[0086]对制备的四氧化三铁/石墨烯复合材料利用X射线光电子能谱分析表明,制备得到的产品的铁掺杂量(铁原子数占总原子数的百分比,其在下述实施例中含义相同)为18.8%,氧含量(氧原子数占总原子数的百分比,其在下述实施例中含义相同)为47.8%。
[0087]实施例6
[0088]—种蛋黄结构过渡金属氧化物/石墨烯复合材料的制备方法,具体包括以下步骤:
[0089](I)氧化石墨烯的合成:制备方法与实施例1相同;将氧化石墨烯用去离子水配成氧化石墨烯溶液,备用;
[0090](2) 二氧化硅表面改性三氧化二铁纳米颗粒的合成:将三氧化二铁代替四氧化三铁,其他条件与实施例1相同;
[0091 ] (3)取50mg上述表面改性的三氧化二铁纳米颗粒分散于20mL去离子水中,得到分散液;在搅拌条件下(转速为1000r/min),加入质量浓度为5%的稀盐酸溶液调节分散液至pH = 2.5,加入50mL浓度为lmg/mL的GO溶液,搅拌lh,得到混合物;随后将混合物置于水热釜中于180°C水热反应12h,得到水热反应产物;将水热反应产物加入浓度为5M的KOH溶液中(其中水热反应产物与KOH溶液的质量体积比为10mg:50mL),搅拌反应1h (转速为1000r/min),离心水洗至中性,将所得固体置于60°C的真空干燥箱中充分干燥10h,得到蛋黄结构的三氧化二铁/石墨烯复合材料。将本实施例制备的复合材料用于锂离子电池电极材料时,电学性能测试结果如图10所示。由图可知,以蛋黄结构三氧化二铁/石墨烯复合材料为电极材料的电池比容量高且稳定。由此可说明材料结构稳定,电化学性能高。
[0092]实施例7
[0093]一种蛋黄结构过渡金属氧化物/石墨烯复合材料的制备方法,具体包括以下步骤:
[0094](I)氧化石墨烯的合成:制备方法与实施例1相同;将氧化石墨烯用去离子水配成氧化石墨烯溶液,备用;
[0095](2) 二氧化硅表面改性二氧化锰纳米颗粒的合成:将二氧化锰代替四氧化三铁,其他条件与实施例1相同;
[0096](3)取50mg上述表面改性的二氧化锰纳米颗粒分散于20mL去离子水中,得到分散液;在搅拌条件下(转速为1000r/min),加入质量浓度为5%的稀盐酸溶液调节分散液至pH = 2.5,加入50mL浓度为lmg/mL的GO溶液,搅拌lh,得到混合物;随后将所得混合物置于水热釜中于180°C水热反应12h,得到水热反应产物;将水热反应产物加入浓度为5M的KOH溶液中(其中水热反应产物与KOH溶液的质量体积比为10mg:50mL),搅拌反应1h (转速为lOOOr/min),离心水洗至中性,将所得固体置于60°C的真空干燥箱中干燥10h,即得蛋黄结构的二氧化锰/石墨烯复合材料。将本实施例制备的复合材料用于锂离子电池电极材料时,电学性能测试结果如图11所示。由图可知,以蛋黄结构二氧化锰/石墨烯复合材料为电极材料的电池比容量高且稳定。由此可说明材料结构稳定,电化学性能高。
[0097]实施例8
[0098]一种蛋黄结构过渡金属氧化物/石墨烯复合材料的制备方法,具体包括以下步骤:
[0099](I)氧化石墨烯的合成:制备方法与实施例1相同;将氧化石墨烯用去离子
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