[发明专利]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

权利要求书

1.一种蛋黄结构过渡金属氧化物/石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

(1)表面改性过渡金属氧化物的合成：

将过渡金属氧化物颗粒和去离子水加入醇中，超声分散，得到分散液；向分散液中加入正硅酸乙酯和氨水溶液，于20～50℃反应3～8h，得到反应产物；然后，向反应产物中加入3-氨丙基三乙氧基硅烷，搅拌混匀，置于水热釜内进行水热反应，洗涤，干燥，得到表面改性的过渡金属氧化物颗粒；

(2)蛋黄结构过渡金属氧化物/石墨烯复合材料的合成：

将步骤(1)中表面改性的过渡金属氧化物颗粒分散于去离子水中，得到分散液；在搅拌的条件下，调节分散液的pH至1～4，再加入氧化石墨烯溶液，搅拌混匀，得到混合物；将混合物置于水热釜内进行水热反应，反应完后将水热反应的产物置于强碱溶液中，搅拌反应，离心洗涤，干燥，得到蛋黄结构过渡金属氧化物/石墨烯复合材料；

步骤(1)中所述水热反应温度为50～120℃，水热反应时间为10～30h；步骤(2)中所述水热反应的温度为150～200℃，水热反应时间为10～24h。

2.根据权利要求1所述蛋黄结构过渡金属氧化物/石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述过渡金属氧化物颗粒：去离子水：醇的用量比为(50～100)mg：(10～200)mL：(20～120)mL；

步骤(1)中过渡金属氧化物：正硅酸乙酯：氨水溶液：3-氨丙基三乙氧基硅烷的用量比为(50～100)mg：(0.1～1.0)mL：(0.5～5)mL：(0.05～0.2)mL；

所述过渡金属氧化物为氧化铁、四氧化三铁、二氧化锰或四氧化三钴中的一种以上；步骤(1)所述醇为甲醇、乙醇或异丙醇。

3.根据权利要求1所述蛋黄结构过渡金属氧化物/石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述表面改性的过渡金属氧化物颗粒与去离子水的质量体积比为(10～200)mg：(10～40)mL；

步骤(2)中所述调节分散液pH的物质为稀盐酸溶液，所述稀盐酸的质量百分比浓度为3～10％；

步骤(2)中所述表面改性的过渡金属氧化物与氧化石墨烯溶液中的氧化石墨烯的质量比为(0.2～5)：1；

步骤(2)中所述水热反应的产物与强碱溶液的质量体积比为(100～400)mg：(50～200)mL；所述强碱溶液为KOH溶液，KOH溶液的浓度为1～5M。

4.根据权利要求1所述蛋黄结构过渡金属氧化物/石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述氧化石墨烯溶液是将氧化石墨烯分散于去离子水中得到，所述氧化石墨烯与去离子水的质量体积比为(50～100)mg：(50～200)mL；

所述氧化石墨烯的制备方法为：冰浴条件下，向装有硝酸钠和石墨混合物的容器中加入质量百分数为95～98％的浓硫酸，以500～1000r/min的转速搅拌反应0.5～1h，随后逐步加入高锰酸钾，以控制反应温度6～20℃以内，随后室温反应10～24h，升温至90～100℃，加入去离子水，反应2～24h；再加入质量百分数为30～35％的双氧水还原反应1h，依次采用质量百分数为3～10％盐酸溶液洗涤和去离子水洗涤至pH为3～4，冻干，备用。

5.根据权利要求4所述蛋黄结构过渡金属氧化物/石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于：所述石墨：硝酸钠：浓硫酸：高锰酸钾：去离子水：双氧水的用量比为(1～6)g：(2～6)g：(100～500)mL：(15～35)g：(100～400)mL：(50～150)mL；所述高锰酸钾加入的次数为5～20次。

6.根据权利要求1所述蛋黄结构过渡金属氧化物/石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述氨水溶液的质量百分比浓度为25％；步骤(1)中所述超声分散的功率为100～500W，超声分散的频率为20～80KHz，超声分散的时间为1-～30min；

步骤(1)中所述搅拌速度为500～2000r/min，所述搅拌时间为1～3h；

步骤(1)中所述洗涤条件为采用去离子水洗涤至中性；所述干燥温度为50～100℃，干燥时间为6～10h。