[发明专利]一种石墨烯/碳点/二氧化锰复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种石墨烯/碳点/二氧化锰复合材料及其制备方法。其技术方案是：将ZIF‑8在惰性气体和500～1000℃条件下保温1～6h，用浓度为3～5vol％的HCl洗涤，干燥，得到碳点。按照水∶氧化石墨烯∶碳点的质量比为(2～100)∶1∶(1～6)配料，混合，然后于不锈钢水热釜中，在100～600℃条件下水热5～15h，得到黑色溶液。将黑色溶液烘干，得到石墨烯/碳点复合材料；再按水∶石墨烯/碳点复合材料∶高锰酸钾的质量比为(10～100)∶1∶(0.2～2)配料，混合，得到混合液；将混合液在50～150℃条件下油浴1～6h，洗涤，干燥，得到石墨烯/碳点/二氧化锰复合材料。本发明能有效抑制石墨烯团聚，所制制品能显著提高石墨烯材料的可利用程度和能大幅提高电化学性能。

技术领域

本发明属于石墨烯基复合材料技术领域。具体涉及一种石墨烯/碳点/二氧化锰复合材料及其制备方法。

背景技术

石墨烯是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体，具有理论比表面积大、导电性好、化学稳定性好、热稳定性好、电势窗口较宽以及柔性好等特性(Y.Xu et al.,ACS Nano.2013,7,4042；P.Chen et al.,Nano Energy.2012,2,249；J.Zhang et al.,Chin.J.Chem.2017,35,1601.)，因此，石墨烯被广泛用于超级电容器的电极材料。

二氧化锰材料的电化学活性与其晶体结构、微孔结构、孔径、粒度、含水量及比表面积等有着密切的关系。二氧化锰作为电化学电容器电极材料，具有较高的理论比电容(1380Fg^-1)，但其导电性差，导致实际比电容较低。

将石墨烯与二氧化锰复合可以有效改善这一缺陷(W.W.Liu et al.,ACSNano.2015,2,1528；J.Mei et al.,Mater.Lett.2015,143,163.)，从而提高电化学性能。在实际使用中由于范德华力导致石墨烯出现不可逆转的团聚，降低了石墨烯材料的可利用程度(X.J.Lu et al.,Mater.Lett.2016,178,304；Y.Liu et al.,Carbon 2016,107,426.)。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种能够有效抑制石墨烯团聚的石墨烯/碳点/二氧化锰复合材料的制备方法，用该方法制备的石墨烯/碳点/二氧化锰复合材料能有效提高石墨烯材料的可利用程度和能大幅提高电化学性能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案的步骤是：

步骤一、先将ZIF-8在惰性气体和500～1000℃条件下保温1～6h，再用浓度为3～5vol％的HCl洗涤，干燥，得到碳点。

步骤二、按照水∶氧化石墨烯∶所述碳点的质量比为(2～100)∶1∶(1～6)，将所述水、所述氧化石墨烯和所述碳点混合，然后置于不锈钢水热釜中，在100～600℃条件下水热5～15h，得到黑色溶液。

步骤三、将所述黑色溶液在40～140℃条件下烘干6～36h，得到石墨烯/碳点复合材料；再按水∶石墨烯/碳点复合材料∶高锰酸钾的质量比为(10～100)∶1∶(0.2～2)，将所述水、所述石墨烯/碳点复合材料和所述高锰酸钾混合，得到混合液；将所述混合液在50～150℃条件下油浴1～6h，洗涤，干燥，得到石墨烯/碳点/二氧化锰复合材料。

所述惰性气体为氮气或为氩气。

由于采用上述技术方案，本发明具有如下积极效果：