[发明专利]一种纳米四氧化三钴/石墨烯复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米四氧化三钴/石墨烯复合材料的制备方法，属于材料技术领域。

背景技术

四氧化三钴（Co₃O₄）是一种重要的磁性材料和P?型半导体，它被广泛应用在锂离子电池的阳极材料、太阳能吸收材料、固态传感器、异相催化、电致变色器件和染料等多个方面。Co₃O₄具有尖晶石结构，其结构中的Co³⁺的八面体和Co²⁺的四面体分别被氧原子包围，具有较高的晶体场稳定化能。Co₃O₄为黑色或蓝紫色立方晶型粉末，长期暴露于空气中虽然很容易吸收水分，但不易和水形成水合物，当加热温度低于800℃时Co₃O₄十分稳定，当加热到900℃时，Co₃O₄会分解为CoO和O₂。在高温下，可用碳、氢气、一氧化碳、金属钠等还原生成金属钴粉。Co₃O₄不溶于水、弱酸和弱碱中，但溶于强酸和强碱。Co₃O₄在空气中，低于80℃时十分稳定，能作为优良的催化材料。

石墨烯（Graphene）是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料。是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光；导热系数高达5300 W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000 cm²/V·s，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约10-8 Ω·m，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料。因其电阻率极低，电子迁移的速度极快，因此被期待可用来发展更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。由于具有各种优异的性能，石墨烯在催化、能源、生物、环境治理和分析等领域展示了广阔的应用前景。同时由于石墨烯和无机纳米粒子之间的协同效应，以石墨烯作为载体制备出来的复合材料也具有很多优异的性能和功能的改善。近年来，四氧化三钴/石墨烯复合材料的制备和性能的研究成为当前的热点之一并已经取得了积极的进展。目前，石墨烯-纳米四氧化三钴复合材料的合成方法主要有溶胶-凝胶法、微波辅助法、液相控制沉淀法、溶剂热法、声化学法等。但以上方法均要用强氧化剂先将石墨氧化成氧化石墨后再还原制成石墨烯，该方法最大的缺点就是使得制得的石墨烯上含有很多含氧官能团无法彻底去除，含氧官能团的存在使得石墨烯的导电性能大大降低，从而影响了四氧化三钴/石墨烯复合材料的催化等性能。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述的四氧化三钴/石墨烯复合材料制备过程中石墨烯上含有很多含氧官能团无法彻底去除，含氧官能团的存在使得石墨烯的导电性能大大降低，从而影响了四氧化三钴/石墨烯复合材料的催化性能等技术问题而提供一种纳米四氧化三钴/石墨烯复合材料的制备方法，该制备方法最大的特点就是采用液相剥离的办法直接剥离石墨制备石墨烯，避免了由于氧化、还原等过程引入的大量含氧官能团无法彻底去除，而影响复合材料的电化学性能的发挥；同时，该方法采用表面活性剂辅助的方法一步合成纳米四氧化三钴/石墨烯复合材料，具有工艺简单的特点。

本发明的技术方案

一种纳米四氧化三钴/石墨烯复合材料的制备方法，具体包括如下步骤：

（1）、将表面活性剂溶于水中，加入石墨，超声10～50h后，控制转速为4000～5000r/min离心10～30min，取上清液；

所述的表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵（以下简称CTAB）和十二烷基苯磺酸钠（以下简称SDBS）；

上述表面活性剂、水和石墨的用量按表面活性剂：水：石墨为12mmol:100ml:1g的比例计算；

所述的石墨为天然鳞片石墨、天然石墨或石墨微球；

（2）、搅拌条件下在步骤（1）所得的上清液中加入钴盐，继续搅拌20～30min，得到溶液A;

所述钴盐为硝酸钴、氯化钴、乙酸钴或硫酸钴，其加入量按钴盐：制备步骤（1）上清液所用的石墨为10mmol:1g的比例计算；