[发明专利]一种钴锰合金氧化物-硫氮共掺杂石墨烯纳米复合材料的制备方法

说明书

本发明提供一种钴锰合金氧化物‑硫氮共掺杂石墨烯纳米复合材料的制备方法，其制备方法主要包括：以水热法制备出硫氮初掺杂石墨烯，再经高温热处理的二次掺杂过程制得硫氮共掺杂石墨烯，在硫氮共掺杂石墨烯中引入钴锰金属盐混合物与氨水，之后水热反应实现钴锰合金氧化物纳米片/硫氮共掺杂石墨烯纳米复合材料的制备。本发明所制备的纳米复合材料可应用在超级电容器电极上，表现出超高的电容，优秀的倍率性能及良好的循环稳定性，为能源利用提供一个廉价易扩展的路线。

技术领域

本发明属于新能源和材料技术领域，具体是一种钴锰合金氧化物-硫氮共掺杂石墨烯纳米复合材料的制备方法。

背景技术

石墨烯因其独特的电子性质，在各个应用中拥有巨大的潜能。原子掺杂可以更改石墨烯的局部组成和电子结构，改变其电子性能。近来，掺氮石墨烯因其在电子器件中良好的表现引起了人们的极大注意石墨烯掺氮通常有三种实现方法：在化学气相沉积(CVD)增长期间掺加，含氮物种的高温热处理或分解，NH₃/N₂等离子体的高温热处理或分解。这些方法因反应条件和设备的限制，成本过高，无法进行大规模应用。

由于商业碳电双电层电容器低电容量的特点，金属氧化物基感应电流的赝电容电极被认为是一种最有前途的超级电容器电极。金属氧化物电阻通常含有较低的电导率，与电导支架的杂化有望来提高电极的电子转移与电容性能。N-石墨烯因为N的掺杂提升了它的电子导电率，并拥有二维结构。在制作混合超级电容器电极方面，N-石墨烯是一个很好的选择。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种钴锰合金氧化物-硫氮共掺杂石墨烯纳米复合材料的制备方法，该方法可在低温和溶液中进行的钴锰合金氧化物纳米片/硫氮共掺杂石墨烯纳米复合材料的制备方法，克服传统制备掺氮石墨烯过程中工艺复杂、成本较高的缺点，所得纳米复合材料表现出超高的电容量(1551F g^-1)、优秀的倍率性能以及良好的循环稳定性。

本发明提供的技术方案：一种钴锰合金氧化物-硫氮共掺杂石墨烯纳米复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)取一定质量的氧化石墨粉末溶于去离子水中，再加入含硫化合物、阴离子表面活性剂、含氮化合物A，经超声分散溶解后，再通过水热反应后，经抽滤干燥得到硫氮初掺杂石墨烯；

(2)将步骤(1)所得的硫氮初掺杂石墨烯与含氮化合物B混合，经管式炉煅烧后得到硫氮共掺杂石墨烯(S，N-石墨烯)；

(3)取钴盐和锰盐混合配置钴锰盐混合物，再将其和步骤(2)所得的硫氮共掺杂石墨烯溶于去离子水中，混合搅拌均匀得到混合液；

(4)向步骤(3)所得的混合液中加入氨水，在水热反应釜中加热反应后，经抽滤干燥得到钴锰合金氧化物-硫氮共掺杂石墨烯纳米复合材料。

进一步的，步骤(1)中所述含硫化合物选自巯基乙酸、2-巯基乙醇中的一种或两种，阴离子表面活性剂选自十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠的一种或多种。

进一步的，步骤(1)中所述含氮化合物A选自氨水、六次甲基四胺、尿素、三聚氰胺中的一种或多种。

进一步的，步骤(1)中所述氧化石墨粉末、含硫化合物、阴离子表面活性剂、含氮化合物A的质量比为1：(1～10)：(0.5～5)：(2～15)。

进一步的，所述步骤(1)中水热反应温度为60～250℃，反应时间5～72h。

进一步的，所述步骤(1)中超声时间0.5～5h，干燥条件为：温度60-80℃，时间1-12h。

进一步的，所述步骤(2)中含氮化合物B选自六次甲基四胺、尿素、三聚氰胺中的一种或多种，含氮化合物B与硫氮初掺杂石墨烯的质量比(1～20):1。