[发明专利]二氧化钛纳米线-石墨烯纳米纳米复合材料的制备方法

说明书

二氧化钛纳米线‑石墨烯纳米纳米复合材料的制备方法，涉及二氧化钛纳米线‑石墨烯超级电容器电极材料的制备方法。本发明要解决二氧化钛作为超级电容器电极材料导电性差和性能较低的问题。首先制备出氧化石墨烯，然后与二氧化钛纳米粉末混合，并在氢氧化钠碱液中进行水热反应，最后将反应产物在盐酸中进行酸化处理和热处理，得到一种具有高比表面积、高性能的超级电容器电极材料。本发明制备方法具备简单，高效和易于大规模生产的优点。

技术领域

本发明涉及二氧化钛纳米线-石墨烯纳米纳米复合材料的制备方法的制备方法。

背景技术

超级电容器是一种近年来得到广泛研究的储能设备，它具有比容量大、快速充放电、循环寿命长和放电功率大等优点。在信息通讯、航天航空和国防科技等方面有广泛应用。根据储能机理不同，超级电容器可以分为双电层超级电容器和赝电容超级电容器。双电层电容器，主要是利用电荷在电极和电解液的界面处产生相反电荷的静电吸引从而形成双电层来储存能量，其主要电极材料为碳系材料，如活性炭和碳纳米管。赝电容超级电容器，主要是利用电极表面或附近发生快速且可逆的氧化还原反应来实现储能，其主要材料为过渡金属氧化物和导电聚合物。

目前，氧化钌、氧化锰、氧化镍和二氧化钛等过渡金属氧化物被广泛应用在赝电容超级电容器中。尤其是氧化钌可以表现出优秀的赝电容性能，其比电容达到1300 F/g，但是由于成本极其昂贵，制备过程中污染严重，因此很难在商业中得到应用。而二氧化钛由于其电化学性质稳定、成本低、无毒和容易制备的优点成为制备超级电容器电极最具潜力的材料之一。二氧化钛纳米线是一种一维结构的纳米材料，同纳米颗粒相比具有更大的比表面积，并且由于结构的特殊性，可以作为电子传输的直接通道，提高了电荷传输的效率。但是由于自身禁带宽度大，导电率差以及比表面积低的问题使得其在超级电容器上的应用并不理想。

石墨烯是一种仅有单原子厚度的二维层状结构材料，其中碳原子为sp2杂化。石墨烯具有许多优良的物理和机械性能：如良好的热传导性、电子传导性和机械性能等。因此，将石墨烯与二氧化钛复合是一种十分理想的选择。

发明内容

超级电容器是一种近年来得到广泛研究的储能设备，它具有比容量大、快速充放电、循环寿命长和放电功率大等优点。在信息通讯、航天航空和国防科技等方面有广泛应用。根据储能机理不同，超级电容器可以分为双电层超级电容器和赝电容超级电容器。双电层电容器，主要是利用电荷在电极和电解液的界面处产生相反电荷的静电吸引从而形成双电层来储存能量，其主要电极材料为碳系材料，如活性炭和碳纳米管。赝电容超级电容器，主要是利用电极表面或附近发生快速且可逆的氧化还原反应来实现储能，其主要材料为过渡金属氧化物和导电聚合物。

目前，氧化钌、氧化锰、氧化镍和二氧化钛等过渡金属氧化物被广泛应用在赝电容超级电容器中。尤其是氧化钌可以表现出优秀的赝电容性能，其比电容达到1300 F/g，但是由于成本极其昂贵，制备过程中污染严重，因此很难在商业中得到应用。而二氧化钛由于其电化学性质稳定、成本低、无毒和容易制备的优点成为制备超级电容器电极最具潜力的材料之一。二氧化钛纳米线是一种一维结构的纳米材料，同纳米颗粒相比具有更大的比表面积，并且由于结构的特殊性，可以作为电子传输的直接通道，提高了电荷传输的效率。但是由于自身禁带宽度大，导电率差以及比表面积低的问题使得其在超级电容器上的应用并不理想。

石墨烯是一种仅有单原子厚度的二维层状结构材料，其中碳原子为sp2杂化。石墨烯具有许多优良的物理和机械性能：如良好的热传导性、电子传导性和机械性能等。因此，将石墨烯与二氧化钛复合是一种十分理想的选择。

附图说明

图1为试验一中制备的二氧化钛纳米线放大到5000倍的扫描电镜照片。

图2为试验二中制备的二氧化钛纳米线-石墨烯纳米纳米复合材料放大到5000倍的扫描电镜照片。

图3为试验五中制备的二氧化钛纳米线-石墨烯纳米纳米复合材料放大到5000倍的扫描电镜照片。