CN103295799A - 一种制备Cu2O/RGO复合纳米材料的方法 - Google Patents

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本发明公开了一种从铜合金粉末出发制备Cu2O/RGO复合纳米材料的方法。首先在酸溶液的作用下，去除铜合金中的活泼金属，从而得到铜纳米颗粒，再与氧化石墨烯在水热条件下反应，从而形成Cu2O/RGO复合纳米材料。该方法制备过程简单易控，容易规模化生产。

Description

一种制备Cu2O/RGO复合纳米材料的方法
技术领域
本发明涉及一种从铜合金粉末出发，通过腐蚀和水热过程，将Cu2O负载在RGO上制备Cu2O/RGO复合材料的方法，特别涉及一种超级电容器电极材料的制备方法。
背景技术
超级电容器作为一种新的储能器件，具有能量密度高、充放电快和循环寿命长等显著优点，被广泛应用于国防、铁路、电动汽车、电子、通讯、航空航天等领域。超级电容按照储能机理不同可分为双电层电容和法拉第电容。超级电容的储能品质主要取决于电极材料的性能。现有的超级电容器电极材料包括碳基材料(活性炭、炭气凝胶、碳纳米管和石墨烯)、过渡金属氧化物或氢氧化物(RuO2、MnO2、NiO、Co(OH)2、Ni(OH)2和导电聚合物。其中，碳基材料比表面积大、双电层间距小及循环寿命高，但放电容量较低。导电聚合物价格低廉，但材料的热稳定性、化学稳定性以及充放电的可循环性较差。过渡金属氧化物或氢氧化物导电性好，比电容量大，但循环稳定性不佳。因此，找到一种兼具高容量和良好循环稳定性的电极材料的制备方法是关键。
目前，将石墨烯与金属氧化物复合来制备超级电容器电极材料备受大家关注。其中研究最多的是石墨烯与二氧化锰的复合材料，Wei等[Fan Z，Yan J，Wei T，Zhi L，Ning G，Li T，Wei F.Asymmetric Supercapacitors Basedon Graphene/MnO2and Activated Carbon Nanofiber Electrodes with HighPower and Energy Density.Adv.Funct.Mater.2011，21，2366.]将高锰酸钾与石墨烯混合，利用微波辐射的方法将高锰酸钾还原成二氧化锰，还原成的二氧化锰沉积在石墨烯表面，这样的复合材料做阳极，活性炭做阴极得到电容为114F/g，循环次数可达到1000次的超级电容器。除了MnO2/RGO复合材料外，ZnO/RGO、Fe2O3/RGO、Fe3O4/RGO、Co3O4/RGO等也备受大家关注。然而对于Cu2O/RGO(CuO/RGO)却鲜见报道。
发明内容
本发明的目的是采用一种简单的化学法，从铜合金出发利用腐蚀过程和水热反应，合成出Cu2O/RGO复合纳米材料。
本发明的技术解决方案如下：
一种从铜合金出发，通过腐蚀过程和水热过程制备Cu2O/RGO复合材料的方法，包括如下步骤：
(1)取铜/锌、铜/铝、铜/锌/铝、铜/锡中的一种合金粉末，然后加入到盐酸或者硫酸溶液中，去除铜合金中除铜以外的其他金属，然后过滤、洗涤，得到颗粒尺寸为几十到几百纳米的铜颗粒；
(2)称取氧化石墨烯，溶解在去离子水中，搅拌或超声，使其均匀分散，得到0.6～1.2mg/mL的氧化石墨烯水溶液；
(3)将步骤(1)制得的纳米铜颗粒和步骤(2)的氧化石墨烯水溶液加入到水热釜内衬中，其中，铜合金中理论铜含量与氧化石墨烯质量比为0.53～2.13。拧紧不锈钢外套后，在200-240度条件下反应18～24h；
(4)将步骤(3)中得到的产物过滤、洗涤、干燥后，得到Cu2O/RGO复合纳米材料。
在本发明的制备方法中，反应过程简单易控，容易实现规模化生产。
附图说明
图1为实施例2中制备Cu2O/RGO复合电极材料在放大倍数为100k的扫描电镜(SEM)下的表面形貌。
图2为实施例2中制备的Cu2O/RGO复合纳米材料的计时电位曲线图，在1A/g的电流密度下，比容量达120.2F/g。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例1
称取0.064g铜/锌/铝合金粉末，加入到6mL4mol/L的HCl水溶液中，超声30分钟，待反应完全，抽滤、洗涤，然后称取30mg GO溶于50mL去离子水中，超声2小时。随后将与盐酸反应过的金属粉末和GO溶液一起放入容积为100mL的不锈钢反应釜的内衬中，密封后，200度条件下持续反应24小时，对产物进行洗涤、干燥处理，得到对应的Cu2O/RGO复合电极材料。在1A/g的电流密度下，比容量达98.6F/g
实施例2
称取0.128g铜/锌/铝合金粉末，加入到10mL4mol/L的HCl水溶液中，直至反应完全，抽滤、洗涤，然后称取60mg GO溶于50mL去离子水中，超声1小时。随后将与盐酸反应过的金属粉末和GO溶液一起超声30分钟，然后放入容积为100mL的不锈钢反应釜的内衬中，密封后，200度条件下持续反应24小时，对产物进行洗涤、干燥处理，得到对应的Cu2O/RGO复合电极材料。测试该Cu2O/RGO的电化学放电性能，如图2所示，在1A/g的电流密度下，比容量达120.2F/g。
实施例3
称取0.128g铜/铝粉末，加入到10mL4mol/L的H2SO4水溶液中，持续搅拌30分钟，待反应完全，抽滤、洗涤，然后称取30mg GO溶于50mL去离子水中，超声2小时。随后将与盐酸反应过的金属粉末和GO溶液一起放入容积为100mL的不锈钢反应釜的内衬中，密封后，200度条件下持续反应24小时，对产物进行洗涤、干燥处理，得到对应的Cu2O/RGO复合电极材料。在1A/g的电流密度下，比容量为50F/g。
实施例4
称取0.064g铜/锡粉末，加入到10mL12mol/L的HCl水溶液中，持续搅拌30分钟，待反应完全，抽滤、洗涤，然后称取30mg GO溶于50mL去离子水中，超声2小时。随后将与盐酸反应过的金属粉末和GO溶液一起放入容积为100mL的不锈钢反应釜的内衬中，密封后，200度条件下持续反应24小时，对产物进行洗涤、干燥处理，得到对应的Cu2O/RGO复合电极材料。在1A/g的电流密度下，比容量达84.5F/g。
实施例5
称取0.128g铜/锌合金，加入到80mL0.5mol/L的HCl水溶液中，直至反应完全，抽滤、洗涤，然后称取30mg GO溶于50mL去离子水中，超声1小时。随后将与盐酸反应过的金属粉末和GO溶液一起加入容积为100mL的不锈钢反应釜的内衬中，密封后，200度条件下持续反应18小时，对产物进行洗涤、干燥处理，得到对应的Cu2O/RGO复合电极材料。在1A/g的电流密度下，比容量可达91F/g。。
实施例6
称取0.064g铜/锌/铝合金粉末，加入到6mL4mol/L的HCl水溶液中，超声30分钟，待反应完全，抽滤、洗涤，然后称取60mg GO溶于50mL去离子水中，超声2小时。随后将与盐酸反应过的金属粉末和GO溶液一起放入容积为100mL的不锈钢反应釜的内衬中，密封后，200度条件下持续反应24小时，对产物进行洗涤、干燥处理，得到对应的Cu2O/RGO复合电极材料。在1A/g的电流密度下，比容量达91.9F/g。

Claims (2)

1.一种从铜合金粉末出发，制备Cu2O/RGO复合纳米材料的方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)取铜/锌、铜/铝、铜/锌/铝、铜/锡中的一种合金粉末，然后加入到盐酸或者硫酸溶液中，去除铜合金中除铜以外的其他金属，然后过滤、洗涤，得到颗粒尺寸为几十到几百纳米的铜颗粒；
(2)称取氧化石墨烯，溶解在去离子水中，搅拌或超声，使其均匀分散，得到0.6～1.2mg/mL的氧化石墨烯水溶液；
(3)将步骤(1)制得的纳米铜颗粒和步骤(2)的氧化石墨烯水溶液加入到水热釜内衬中，其中，铜合金中理论铜含量与氧化石墨烯质量比为0.53～2.13。拧紧不锈钢外套后，在200-240度条件下反应18～24h；
(4)将步骤(3)中得到的产物过滤、洗涤、干燥后，得到Cu2O/RGO复合纳米材料。
2.根据权利要求1所述的制备Cu2O/RGO复合纳米材料的方法，其特征在于，所用盐酸或硫酸的浓度范围在0.1～12mol/L。
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