[发明专利]一种四氧化三钴/石墨烯纳米复合超级电容器电极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及超级电容器电极材料领域，具体涉及一种四氧化三钴/石墨烯纳米复合超级电容器电极材料的制备方法。

背景技术

超级电容器也称电化学电容器,是介于传统电容器和蓄电池之间的一种新型储能器件,具有优良的脉冲充放电性能和大容量储能性能。如功率密度高、循环寿命长、充电速度快、能够瞬时大电流放电、绿色无污染,是近年来发展起来的新型储能设备。当今,世界各国都十分关注超级电容器的发展,分别投入大量的人力物力对其进行研发。

四氧化三钴是一种典型的金属氧化物，其在锂离子电池，储能器，催化剂等方面有着潜在的应用价值。

碳基复合材料具有非常优越的超级电容器电极材料的性能，巨大的比表面积，良好的化学稳定性，非凡的电化学性能等。石墨烯作为碳基材料的新的一员，自2004年发现以来，成为了非常热门的材料并被应用在锂离子电池，场效应晶体管，气体传感器，吸波材料和催化剂等领域。近期，科学家们发现化学方法所制备的还原氧化石墨烯以及以它为基础的复合材料具有优异的超级电容器电极性能。例如Zhang et al.(J.Electroanal.Chem.，2009，634，68)在石墨烯表面负载氧化锌；Yu et al.(Nano Letters，2011，11，4438)在石墨烯表面负载二氧化锰；Li et al.(J.Mater.Chem.，2011，21，5069)在石墨烯表面负载四氧化三铁；Wang et al.(Electrochim.Acta，2010，55，6812)在石墨烯表面负载四氧化三猛等等。这些以石墨烯为基础的复合材料均表现出良好的超级电容器电极性能。石墨烯与Co₃O₄复合材料应用于超级电容器的电极之前有许多研究，Zhou et al.(Phys.Chem.Chem.Phys.，2011，13，14462)采用两步表面活性剂辅助法制备石墨烯与Co₃O₄复合材料；Wang et al.(J.Alloys Compd.，2011，509，7778)采用原味溶液回流法制备石墨烯与Co₃O₄复合材料；Yan et al.(Electrochim.Acta，2010.55，6973)和Park et al.(Electrochim.Acta，2013，89，516)采用微波辅助法制备石墨烯与Co₃O₄复合材料；Xiang et al.(J.Power Sources，2013，226，65)采用一步水热法合成石墨烯与Co₃O₄纳米颗粒复合材料等。但先合成无定形多孔Co₃O₄纳米片，然后在通过水热还原法制备石墨烯与四氧化三钴的复合材料还未见报道。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种四氧化三钴/石墨烯纳米复合超级电容器电极材料的制备方法，该方法简便，环保，成本低，且材料具有良好的超级电容器电极性能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种四氧化三钴/石墨烯纳米复合超级电容器电极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将六水合硝酸钴加入去离子水中，搅拌至其完全溶解；

(2)在磁力搅拌下向步骤(1)的溶液中加入乙醇胺，搅拌使其充分混匀；

(3)将步骤(2)中所得溶液倒入以聚四氟乙烯为内衬的反应釜中，进行水热反应；

(4)反应结束后自然冷却至室温，收集反应釜中固体物质，并分别用去离子水和乙醇清洗，然后放入烘箱中进行干燥；

(5)将干燥所得固体物质研磨后放入管式炉中进行高温反应后，再自然冷却得到无定形多孔四氧化三钴纳米片；

(6)将无定形多孔四氧化三钴纳米片加入氧化石墨烯水溶液中，并加以超声搅拌处理，得到混合溶液；

(7)将步骤(6)中混合溶液放入烘箱水热还原处理；

(8)将步骤(7)中产物离心分离，并将其冷冻干燥，待干燥结束后，收集所得产物即可。

优选地，所述的步骤(3)中水热反应的温度为180-220℃，时间为22-26h。

优选地，所述的步骤(4)中干燥的温度为55-65℃，时间为11-13h。

优选地，所述步骤(5)中高温反应是在空气中进行，以1-5℃/min的升温速度升温到350-550℃后保温1-3h。