[发明专利]一种制备含结晶水硫酸钴与氧化还原石墨烯的复合物的方法

说明书

本发明提供制备含结晶水硫酸钴/氧化还原石墨烯复合物的方法，属于材料科学技术领域，包括以下工艺步骤：1)在室温下合成ZIF‑67；2)向ZIF‑67溶液中加入GO形成分散均匀的ZIF67/GO混合溶液；3)向ZIF67/GO混合溶液中，滴加硫代乙酰胺(TAA)进行预硫化处理；4)预硫化之后的溶液转入反应釜中进行水热反应；5)对水热反应结束后得到的产物进行清洗、冷冻干燥。该方法将ZIF‑67作为前驱体与石墨烯进行复合，TAA作为硫源，在不添加硫酸，硝酸等具有强腐蚀剂和氧化剂的前提下成功实现了纯相含结晶水硫酸钴/氧化还原石墨烯复合材料的制备，工艺流程高效、稳定、可控，成本远低于常规的含结晶水硫酸钴的制备方法，在超级电容器、电池，催化等储能领域具有广泛的应用价值。

技术领域

本发明属于材料科学技术领域，具体涉及一种制备含结晶水硫酸钴与氧化还原石墨烯的复合物的方法。

背景技术

硫酸钴为一种可溶性钴盐，主要用于生产含钴颜料和其他钴产品，也用于电镀，碱性电池，催化剂，分析试剂等，具有较大的潜在应用价值。而将含结晶水的硫酸钴材料用于超级电容器等储能领域的报道尚无，这主要是因为该类材料导电性较差，且常规实验中是将其作为钴源来使用制备含钴的氧化物和硫化物电极材料。氧化还原石墨烯具有优良的电子电学特性，且具有大的比表面积，通过将氧化还原石墨烯与硫酸钴材料复合来改善硫酸钴的导电性及其电化学性能是一种有效的途径。常规的硫酸钴的制备方法为将金属钴溶解于硫酸和硝酸的混合酸中，接着进行加热再结晶，该方法在反应过程中使用强化剂酸并产生NO₂和NO，对空气环境产生一定的污染。另一种方法是用硫酸溶解氧化钴，经蒸发浓缩、结晶、离心脱水制得硫酸钴。该种方法仍然需要添加一定的硫酸，制备时间久且制备硫酸钴难以保证一定的纳米形貌。如何可控的制备具有优良导电性，形貌稳定的纳米硫酸钴材料仍是一个巨大的挑战，是能否实现硫酸钴复合材料在储能等相关领域实现大规模应用的关键。

传统的制备硫酸钴复合材料的方法是通过硫酸硝酸等与含钴材料进行反应再与石墨烯材料相复合，该方法存在使用强氧化性、腐蚀性的酸，且制备过程中产生对环境污染气体，无法制备形貌可控的纳米复合材料，且该方法耗时费力基本要超过24小时。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种制备含结晶水硫酸钴与氧化还原石墨烯的复合物的方法，该方法工艺流程简单、高效、稳定、可控，环保，制备出的材料为纳米复合材料，该复合材料具有优异的超级电容器性能，在储能电极、催化等领域具有广泛的应用价值。

技术方案：本发明提供了一种制备含结晶水硫酸钴/氧化还原石墨烯复合物的方法，该方法包括以下步骤：

一种制备含结晶水硫酸钴与氧化还原石墨烯的复合物的方法，该方法包括以下步骤：

1)利用共沉淀法合成钴基金属有机框架ZIF-67；

2)将步骤1)制备的ZIF-67超声分散于去离子水中，并加入氧化石墨烯形成分散均匀的ZIF67/GO混合溶液；

3)向步骤2)得到的ZIF67/GO混合溶液中，滴加硫代乙酰胺TAA进行预硫化处理；

4)将步骤3)中预硫化之后的溶液转入反应釜中进行水热反应；

5)将步骤4)中水热反应结束后得到的粉末进行离心、清洗，并冷冻干燥，得到一水硫酸钴与石墨烯的复合物。

进一步地，所述的步骤1)包括如下步骤：

步骤1.1)以硝酸钴为钴源，溶解在甲醇溶液中为混合液I，二甲基咪唑为配位体溶解在甲醇溶液中为混合液II，硝酸钴与二甲基咪唑的摩尔比为4：1；

步骤1.2)向反应混合液I中加入混合液II，磁力搅拌，反应4-24小时得到反应混合液III；

步骤1.3)静置去除反应混合液Ⅲ中的上清液，对沉淀物进行反复离心清洗、干燥得到ZIF-67。