[发明专利]一种钼酸钴/氮功能化石墨烯纳米复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种钼酸钴/氮功能化石墨烯纳米复合材料及其制备方法。该制备方法的步骤如下：（1）制备氧化石墨烯悬浮液；（2）向氧化石墨烯悬浮液中加入含氮物质搅拌均匀，采用水热反应在集流体基底上制备功能化石墨烯；（3）将等物质量的钴盐和钼酸盐溶解在去离子水中；（4）将溶液（3）混合均匀后转移到反应釜中，采用水热法在相应的集流体基底上生长钼酸钴；（5）将得到的样品清洗、干燥，然后在管式炉中进行煅烧，即得钼酸钴/氮功能化石墨烯纳米复合材料。本发明方法简单易行、绿色环保、成本低廉、产率高；制得的钼酸钴纳米片材料可以广泛应用在超级电容器、锂离子电池、传感器、电子器件、燃料电池、电催化等领域。

技术领域

本发明涉及新型能源材料制备技术领域，特别涉及一种钼酸钴/氮功能化石墨烯纳米复合材料及其制备方法。

背景技术

随着科学技术的进步和人们日益增长的能源需求，人们迫切的需要一种绿色、高效的储能设备来满足人们对于不同使用目的的需求。超级电容器，又称之为电化学电容器，是一种介于电池(拥有高的能量密度)和传统电容器(拥有高的输出功率)之间的一种能够快速充放电进行能量储存的器件。超级电容器在国防、航空航天、便携通讯设备等领域有着广泛的应用前景。电极材料是决定超级电容器电化学性能的关键因素，研究与开发新颖的电极材料是提高超级电容器性能的重要途径。超级电容器可以分为双电层电容器和赝电容器两类，其中赝电容器主要利用在电极材料表面或体相中进行的氧化还原反应储存能量,主要使用过渡金属氧化物和导电聚合物材料。过渡金属氧化物是在传统碳材料之后发展较迅速的一种电极材料，其原材料资源丰富、价格低廉、环境友好，并且表现出良好的赝电容性能，在超级电容器和锂离子电池领域都有广泛的应用潜力。最近，二元过渡金属氧化物(例如NiCo₂O₄、NiMoO₄和CoMoO₄等)成为赝电容电极材料研究的热点，因为它们具有较高的理论比电容，良好的电化学活性，电导率更高且氧化态容易形成。其中，钼酸钴不仅赝电容性能尤为突出，而且拥有廉价、环境友好、资源丰富等特点，因而在超级电容器的电极材料研究领域具有重要的研究价值。

石墨烯拥有较大的比表面积、高导电性和优异的循环稳定性，将石墨烯应用在超级电容器中，石墨烯较大的比表面积有利于电解液的扩散。对石墨烯表面进行功能化修饰改性制备纳米复合材料，能够有效提升复合材料的电化学特性，这给石墨烯的应用开拓了广阔的前景。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种钼酸钴/氮功能化石墨烯纳米复合材料及其制备方法。为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种钼酸钴/氮功能化石墨烯纳米复合材料的制备方法，具体步骤如下：

（1）利用化学氧化法制备氧化石墨，通过超声波处理将氧化石墨分散在去离子水中获得氧化石墨烯分散液；

（2）向氧化石墨烯分散液中加入含氮物质，在室温下搅拌混合均匀，然后静置倒出上层氧化石墨烯悬浮液；

（3）将上述氧化石墨烯悬浮液倒入水热反应釜中，并向其中放入清洗干净的集流体基底，设置水热反应温度为120℃~150℃，反应时间8~10小时，反应结束后，用去离子水清洗样品，再干燥即在基底上得到功能化石墨烯；

（4）将等物质的量的钴盐和钼酸盐溶解在50 mL去离子水中；

（5）将步骤（4）得到的混合溶液搅拌1~2小时，使其混合均匀后，转移至水热反应釜中，并向其中放入生长有功能化石墨烯的集流体基底，设置水热反应温度为150℃~180℃，反应时间6~10小时，反应结束后，用去离子水清洗样品，再干燥；

（6）将步骤（5）得到的样品放入管式炉中，在340~360℃的温度下煅烧2~4小时，得到钼酸钴/氮功能化石墨烯纳米复合材料。

上述步骤（1）中，氧化石墨烯分散液的浓度为0.1~5 mg/mL。