[发明专利]一种石墨烯和Co3O4复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及超级电容器导电材料制备技术领域，具体地说是一种石墨烯和Co₃O₄复合材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：氧化石墨烯超声预处理；加入沉淀剂和表面活性剂；水热釜中进行水热或者溶剂热反应，冷却后得凝胶；洗涤干净，然后再在真空条件下冷冻干燥，得到Co₃O₄均匀分散在石墨烯基体当中的形貌可控的石墨烯/Co₃O₄复合材料。本发明的技术优势在于，采用不同的沉淀剂和合适的表面活性剂，通过水热或者溶剂热反应制得了形貌可控的石墨烯/Co₃O₄复合材料，具有较高的比电容量和很好的充放电循环稳定性；Co₃O₄分布均匀；不同的形貌直接导致不同的初始比容量和不同的循环稳定性能表现；反应的温度较低，效率高。

技术领域

本发明涉及超级电容器导电材料制备技术领域，具体地说是一种石墨烯和Co₃O₄复合材料的制备方法。

背景技术

随着当前世界能源问题和环境问题的逐渐突出，人们在研究可再生能源或清洁能源等方面作出了巨大的努力，在这些新型能源的推广过程中，高效率的能量转换设备是至关重要的。超级电容器具有高功率密度、超长的循环寿命和快速的充放电速率等优点，逐渐引起了人们巨大的关注，尤其是在电子、工业、能源管理和军事设备领域具有非常广阔的应用前景。电极材料的性能是超级电容器电化学性能的关键因素，电极材料的性能与活性材料的尺寸和导电性有着非常密切的关系。

目前研究最广的电极材料包括碳材料、过渡金属氧化物和导电聚合物。过渡金属氧化物中的Co₃O₄具有比电容高、资源丰富、价格便宜、环境友好等诸多优点。而石墨烯是一种sp²杂化的碳原子组成的二维材料，具有超大的比表面积和良好的导电性，并且具有很高的柔性，将其与Co₃O₄制备成复合材料，不仅可以提供导电网络、固定Co₃O₄，而且在作为超级电容器的电极材料时，能够有效的缓冲在充放电过程中由于体积变化而导致活性物质从集流体上脱落，大大降低了材料的循环稳定性。

Co₃O₄具有相当高的理论比容量，在制备纳米材料的过程十分容易团聚，导致活性物质易在集流体上脱落，极大的影响了复合材料的电化学性能，因此不能单独作为超级电容器的电极材料。制备均匀的石墨烯/Co₃O₄复合材料，充分发挥石墨烯大的比表面积和Co₃O₄的高容量是一项十分具有应用价值的课题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供均匀的石墨烯/Co₃O₄复合材料的制备方法，通过采用不同的沉淀剂和合适的表面活性剂，在适当的温度下通过水热反应制备得到形貌可控的有序石墨烯/Co₃O₄复合材料，如花状、棒状或球状等；且可通过控制生长不同的形貌来调节复合材料的电化学性能。

为实现上述目的，设计一种石墨烯和Co₃O₄复合材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

1)、氧化石墨烯超声预处理：将钴盐边搅拌边加入氧化石墨烯溶液，然后超声分散均匀，得溶液A；

2)、在溶液A中加入沉淀剂和表面活性剂，搅拌均匀，然后在0～80℃下保温处理30min～4h，得溶液B；所述沉淀剂为氢氧化钠、脲素或乌洛托品中的任意一种；

3)、将溶液B转入聚四氟乙烯内衬的水热釜中，在140～300℃温度下进行水热或者溶剂热反应10～20h，反应结束后，自然冷却得凝胶；