[发明专利]氧化石墨烯负载纳米二氧化锰的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米复合材料的制备方法，特别是一种氧化石墨烯负载纳米二氧化锰的制备方法。

背景技术

MnO₂是研究较为广泛的多功能过渡金属氧化物，它具有环境友善、价格低廉、资源丰富等优点，并且具有优异电化学性能，在作为电池电极材料的商业化过程中已取得了巨大的成功。近年来，由于材料纳米化所带来的新奇的效应，人们对于纳米MnO₂的研究越来越感兴趣，关于纳米MnO₂作为超级电容器的电极材料报道也屡见不鲜。但纳米MnO₂在作为超级电容器电极材料过程中很容易发生团聚，从而使其循环性变差，甚至有可能失去纳米化所带来的优异性能。

氧化石墨是石墨经深度液相氧化得到的一种层间距远大于原石墨的层状化合物，剥离后可形成单片层结构(即氧化石墨烯)。经过氧化的石墨在其片层表面引进了许多氧基功能团，比如羟基、羧基、环氧基等亲水活性基团，从而使其很容易在极性溶剂(如水，异丙醇等)中形成比较稳定的单层薄片，使得其比表面积大幅度增大(理论上可达到2800m²/g)。氧化石墨烯能与绝大多数金属和金属氧化物复合得到性能优异的复合材料。若将单层氧化石墨烯作为载体与纳米MnO₂进行复合，不仅可以较好解决电化学循环中氧化物的团聚问题，而且由于极性基团与纳米氧化物间的复合效应，有可能使电极活性材料的电容发生突越的变化。但是，目前没有发现关于利用氧化石墨烯负载纳米MnO₂的研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低温、快速、操作简单的软化学方法，在温和条件下制备氧化石墨烯负载纳米MnO₂复合物。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种氧化石墨烯负载纳米MnO₂复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：高速离心使氧化石墨脱水；

步骤二：将MnCl₂·4H₂O、步骤一中脱水的氧化石墨与异丙醇混合配成混合溶液，进行超声，以使氧化石墨进行一定程度的剥离；

步骤三：将步骤二配好的混合溶液在搅拌下升温；

步骤四：将KMnO₄与水加入步骤三制备好的混合溶液中，进行反应；

步骤五：将步骤四反应得到的黑色沉淀离心、洗涤、干燥、研磨即得到氧化石墨烯负载纳米MnO₂复合材料。

本发明与现有技术相比，其显著优点：1、操作简单，设备便利，周期短，适用于工业化生产；2、反应温度相对较低，所有产物均在低于83℃的温度下生成；3、无需加入任何稳定剂、模板剂或表面活性剂，产物的后处理方便；4、所得材料在电化学测试中表现出了良好的电化学性能，表明其在超级电容器电极材料领域具有非常广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明氧化石墨烯负载纳米MnO₂的制备方法的流程示意图。

图2是本发明中部分原料及产物的透射电镜照片，其中(a)为氧化石墨烯(GO)，(b)为纳米MnO₂，(c)和(d)分别为质量比MnO₂/GO＝2/1，5/1的氧化石墨烯负载纳米MnO₂复合物。

图3是部分原料及产物的电化学性能测试结果图，其中(a)的三条曲线依次分别为氧化石墨烯(GO)、质量比MnO₂/GO＝5/1的氧化石墨烯负载纳米MnO₂复合物、纳米MnO₂的循环伏安曲线；(b)的四条曲线依次分别为质量比MnO₂/GO＝0.5/1，2/1，5/1，10/1的氧化石墨烯负载纳米MnO₂复合物的循环伏安曲线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

结合图1，本发明氧化石墨烯负载纳米MnO₂的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：高速离心使氧化石墨脱水；