[发明专利]单模微波制备氧化钴纳米片和石墨烯复合锂电池负极材料的方法

摘要

本发明提供了一种制备具有层层相间立体网状结构的Co3O4纳米片和石墨烯复合锂电池负极材料的单模微波合成方法，是以硝酸钴、六甲基四胺（HMT）、天然石墨粉为原料，通过改善的Hummers方法制备石墨烯氧化物，再加入硝酸钴与六甲基四胺混合液中，利用硝酸钴与六甲基四胺在单模微波下反应生成氢氧化钴，在N2保护下300℃热解2h，然后将产物于马弗炉中300℃焙烧2h即得样品。本发明提出的单模微波工艺，采用六甲基四胺作为氢氧根离子的供体，促使硝酸钴在单模微波下反应生成氢氧化钴，并且利用六甲基四胺的分解缓慢及单模微波反应的均一性的特点，使得产物具有层层相间的立体网状结构。对具有层层相间立体网状结构的Co3O4纳米片和石墨烯复合材料进行电化学性能测试，发现其具有优异的储锂性能，在锂离子电池负极材料发展方向上有着广阔的前景。

主权项

一种单模微波制备氧化钴纳米片和石墨烯复合锂电池负极材料的方法，其特征在于，包括有以下步骤：    a. 取1‑2 g天然石墨粉加入烧瓶中，将烧瓶置于冰水中，冰水浴保持温度在0 ℃左右，先加入40‑80 ml HNO3（65%），搅拌8‑12 min，再加入60‑120 ml H2SO4（98%），搅拌50‑60 min，温度18‑23 ℃左右，缓慢加入5‑10 g KMnO4，温度保持在33‑36 ℃，加完KMnO4后进行磁力搅拌1‑2 h，然后加入200‑400 ml超纯水，得到黑色胶体状物质，再加入5‑10 ml 30%的H2O2，溶液呈棕黄色，加入15‑30 ml 10%的HCl进行清洗，离心分离，用超纯水清洗3‑5次，直至样品呈中性，干燥，得到石墨烯氧化物；    b. 以最终产物Co3O4:石墨烯的理论质量比预定为2:1‑1:1之间进行操作反应；采用的原料Co(NO3)2·6H2O和六亚甲基四胺（HMT）的摩尔比在1:1‑1:3之间；配制0.01‑0.04 mol/L Co(NO3)2·6H2O的无水乙醇溶液和0.02‑0.08 mol/L的六亚甲基四胺水溶液；将上述的六亚甲基四胺水溶液滴加到上述的Co(NO3)2乙醇溶液中，磁力搅拌30 min；然后取0.06‑0.12 g上述的石墨烯氧化物分散在10‑30 ml的乙醇溶液中；超声20‑30 min分散，再将该溶液加入到上述混合液中，然后于90‑180 ℃下在单模反应器中反应3‑30 min，得到的产物呈暗绿色，离心分离、超纯水清洗，在60‑80 ℃下干燥10‑12 h，得到中间产物：石墨烯氧化物负载的氢氧化钴；    c. 将上述中间产物(石墨烯氧化物负载的氢氧化钴)置于管式炉中在N2保护下280‑320 ℃热解还原1‑2 h,然后在马弗炉中空气中280‑320 ℃下加热1‑2 h即得最终产物：石墨烯负载的氧化钴纳米片复合材料。