[发明专利]一种分级多孔氧化钴纳米球/石墨烯复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种分级多孔氧化钴纳米球/石墨烯复合材料及其制备方法，包括以下步骤：步骤1，将氧化石墨烯加入水中得氧化石墨烯溶液；步骤2，将可溶性二价钴盐和缓释剂加入到氧化石墨烯溶液中，在70‑150℃下反应，制得氧化钴纳米球/石墨烯复合材料；步骤3，将氧化钴纳米球/石墨烯复合材料在惰性气氛中250℃‑500℃煅烧，得分级多孔氧化钴纳米球/石墨烯复合材料。本发明实现了分级多孔氧化钴纳米球/石墨烯复合材料的制备，制备的氧化钴呈现分级多孔球形结构，可有效提高材料的利用率，最大限度发挥其电化学性能。

技术领域

本发明属于无机材料制备与新能源技术领域，涉及一种分级多孔氧化钴纳米球/石墨烯复合材料及其制备方法。

背景技术

过渡金属氧化物由于其独特的结构和物化特性，近年来已广泛应用于锂离子电池、燃料电池、超级电容器和电解水等新能源电极材料领域。其中，钴基氧化物，因其具有丰富的结构和可调的价态，可进一步提升电极材料的电化学活性，展现出广阔的应用前景。然而，这类材料通常存在导电性差、电极结构易粉化、脱落等缺点。

开发具有分级多孔的氧化钴/纳米碳材料复合材料可以有效解决上述问题，一方面分级多孔结构可以提供丰富的电子和离子传输通道，用于快速电化学反应；另一方面纳米碳材料可以有效抑制氧化物活性物种的体积膨胀、粉化，加强结构稳定性，因此，复合电极的电化学性能也明显优于单纯的过渡金属氧化物电极。

氧化钴/石墨烯复合材料通常采用共沉淀辅以热处理的方法，即将金属盐前驱体加入到氧化石墨烯或石墨烯的分散液中形成金属氢氧化物，然后进行高温氧化处理。这种方法制备的氧化物多以无规则的小颗粒形式存在，氧化物本身的活性或利用率未能充分发挥。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种分级多孔氧化钴纳米球/石墨烯复合材料及其制备方法，可形成分级多孔结构，有效提高材料的利用率，最大限度发挥其电化学性能。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种分级多孔氧化钴纳米球/石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将氧化石墨烯加入水中，搅拌均匀，得氧化石墨烯溶液；

步骤2，将可溶性二价钴盐和缓释剂加入到步骤1的氧化石墨烯溶液中，混合搅拌均匀，然后在70-150℃下反应；将得到的产物离心洗涤，烘干，研磨，制得氧化钴纳米球/石墨烯复合材料；

步骤3，将氧化钴纳米球/石墨烯复合材料在惰性气氛中250℃-500℃煅烧，得分级多孔氧化钴纳米球/石墨烯复合材料。

优选的，步骤2中，缓释剂为尿素或六次甲基四胺。

优选的，步骤2中，可溶性二价钴盐和缓释剂的摩尔比为1:(1-10)。

优选的，步骤2中，可溶性二价钴盐的浓度为0.005-1mol/L，缓释剂的浓度为0.01-1mol/L。

优选的，步骤2中，可溶性二价钴盐为硝酸钴或氯化钴。

优选的，步骤2中，反应时间为2-48小时。

优选的，步骤3中，升温速率为1-10℃/min。

优选的，步骤3中，煅烧时间为1-5小时。

所述的制备方法制备得到的分级多孔氧化钴纳米球/石墨烯复合材料。

优选的，氧化钴纳米球的直径为200-500nm。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：