CN107331536B - 一种利用微波膨胀法制备石墨烯片层负载纳米镍复合粉体的制备方法 - Google Patents

一种利用微波膨胀法制备石墨烯片层负载纳米镍复合粉体的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107331536B
CN107331536B CN201710600509.3A CN201710600509A CN107331536B CN 107331536 B CN107331536 B CN 107331536B CN 201710600509 A CN201710600509 A CN 201710600509A CN 107331536 B CN107331536 B CN 107331536B
Authority
CN
China
Prior art keywords
sheet layer
parts
graphene sheet
composite powder
layer load
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710600509.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107331536A (zh
Inventor
张娟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to CN201710600509.3A priority Critical patent/CN107331536B/zh
Publication of CN107331536A publication Critical patent/CN107331536A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107331536B publication Critical patent/CN107331536B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/13—Energy storage using capacitors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)

Abstract

本发明公开了一种利用微波膨胀法制备石墨烯片层负载纳米镍复合粉体的制备方法，本发明中使用高锰酸钾和浓硫酸氧化插层天然鳞片石墨，在石墨层间引入了羟基、环氧基团和羧基等含氧基团，增大了石墨层间距，之后在微波场作用下，进一步增大石墨层间距，提高石墨烯比表面积，经高温烧结后氧化锌/镍粉均匀地附着在石墨烯片层的空隙中，之后经盐酸浸泡去除氧化锌，复合材料内部构成丰富的孔道结构，这些孔道结构在电化学储能器件中有利于电解液的渗透和离子的扩散，提高反应过程中的离子电导率。

Description

一种利用微波膨胀法制备石墨烯片层负载纳米镍复合粉体的 制备方法
技术领域
本发明涉及一种石墨烯复合材料领域，具体涉及一种利用微波膨胀法制备石墨烯片层负载纳米镍复合粉体的制备方法。
背景技术
发展清洁和可再生能源是我国社会经济发展的重大战略。在新能源技术的各个层次中，电化学储能具有极其重要的地位，也是当前科学研究的热点问题。电化学电容器是一种新型储能器件，具有充放电速率快、功率密度高、循环寿命长等优点，是继锂离子电池后又一极具应用潜力和开发价值的储能器件。
然而能量密度较低是制约电容器发展和应用的一个关键因素。根据能量密度的计算公式提高能量密度主要从两方面入手，一方面提高电容器的电压窗口；另外一方面是提高电极材料的比容量，这两方面的提高都会带来能量密度的提高。
石墨烯具有优异的物理性质，如高的理论比表面积（2600m2/g）、优异的机械强度、良好的柔韧性和高的电导率等，是一种潜在的理想。然而实际所制备的石墨烯比表面积一般都在600m2/g左右，主要原因是石墨烯片层与片层之间容易相互团聚，导致石墨烯的比表面积大幅下降。因此，使用常规方法制备得到的含石墨烯的石墨烯/镍复合材料的实际储能容量要比理论储能容量要低较多。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种利用微波膨胀法制备石墨烯片层负载纳米镍复合粉体的制备方法，解决现有技术所制备的石墨烯/镍复合材料储能性能不高的技术问题。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种利用微波膨胀法制备石墨烯片层负载纳米镍复合粉体的制备方法，其制备工艺如下：
（1）首先将12-26重量份硫酸镍配制成浓度为0.5mol/L的溶液，添加0.2-0.8份聚乙二醇1000，持续均匀搅拌后加入4-10份草酸溶液，进行沉淀反应，生成单一前驱体溶液，之后使用恒压滴液漏斗将10-20份0.5mol/L的氯化锌溶液和3-9份草酸溶液，同时缓慢加入到单一前驱体溶液中，生成包覆盐前驱体溶液；
（2）称取30-60份鳞片石墨缓慢加入到140-230份浓硫酸中，在搅拌条件下缓慢加入50-80份高锰酸钾，在30-40℃水浴温度下，间歇搅拌1-2小时，用去离子水洗涤至中性，过滤、烘干，即得可膨胀石墨，之后将干燥后的可膨胀石墨置于微波炉中进行膨胀，膨胀时间为15-25s，得到膨胀石墨；
（3）将步骤（1）前驱体溶液置于恒压滴液漏斗中，漏斗保持关闭并且下面连接装有膨胀石墨的吸滤瓶，将吸滤瓶预先抽真空20-40分钟，然后打开滴液漏斗开关，在压力诱导下，滴液漏斗中的溶液注入到膨胀石墨的层间；
（4）将步骤（3）注入前驱体溶液的膨胀石墨转移到反应釜中，在还原气氛炉中加热至900-1200℃烧结10-20分钟，冷却至室温后得到氧化锌/石墨烯包覆镍粉复合体，然后用盐酸溶液浸泡8-25分钟，清洗除去氧化锌，用无水乙醇、去离子水反复洗涤后，真空干燥，即得。
其中，所述的草酸溶液的浓度为3mol/L。
其中，步骤（2）中所述的微波膨胀具体条件为：微波炉功率为10kW，温度为900-980℃。
其中，步骤（4）中所述的盐酸溶液的浓度为10-30%。
其中，所述步骤（4）中真空干燥温度为60-70℃。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
（1）本发明中使用高锰酸钾和浓硫酸氧化插层天然鳞片石墨，在石墨层间引入了羟基、环氧基团和羧基等含氧基团，增大了石墨层间距，之后在微波场作用下，石墨内部含氧基团热分解，产生CO、CO2和H2O等气体，产生的冲击力导致石墨片层急速膨胀，石墨层片层被撑开，进一步增大石墨层间距，减弱层间范德华力，有效的减缓了氧化石墨烯的层叠、团聚问题，大大提高了石墨烯的比表面积，增强其储能容量。
（2）本发明中氧化锌包覆镍粉前驱体溶液，在压力诱导下注入到石墨层间，促进ZnO纳米晶在膨胀石墨层间原位生长，达到剥离石墨片层的效果，经高温还原后，镍粉均匀地附着在石墨烯片层的空隙中，可有效地防止石墨烯的层叠、团聚问题，实现了其储能性能的大大提高，之后经盐酸浸泡去除氧化锌，复合材料内部构成丰富的孔道结构，这些孔道结构在电化学储能器件中有利于电解液的渗透和离子的扩散，提高反应过程中的离子电导率。
具体实施方式
一种利用微波膨胀法制备石墨烯片层负载纳米镍复合粉体的制备方法，其制备工艺如下：
（1）首先将18重量份硫酸镍配制成浓度为0.5mol/L的溶液，添加0.3份聚乙二醇1000，持续均匀搅拌后加入4份草酸溶液，进行沉淀反应，生成单一前驱体溶液，之后使用恒压滴液漏斗将15份0.5mol/L的氯化锌溶液和3份草酸溶液，同时缓慢加入到单一前驱体溶液中，生成包覆盐前驱体溶液；
（2）称取45份鳞片石墨缓慢加入到180份浓硫酸中，在搅拌条件下缓慢加入70份高锰酸钾，在35℃水浴温度下，间歇搅拌2小时，用去离子水洗涤至中性，过滤、烘干，即得可膨胀石墨，之后将干燥后的可膨胀石墨置于微波炉中进行膨胀，膨胀时间为20s，得到膨胀石墨；
（3）将步骤（1）前驱体溶液置于恒压滴液漏斗中，漏斗保持关闭并且下面连接装有膨胀石墨的吸滤瓶，将吸滤瓶预先抽真空40分钟，然后打开滴液漏斗开关，在压力诱导下，滴液漏斗中的溶液注入到膨胀石墨的层间；
（4）将步骤（3）注入前驱体溶液的膨胀石墨转移到反应釜中，在还原气氛炉中加热至900℃烧结20分钟，冷却至室温后得到氧化锌/石墨烯包覆镍粉复合体，然后用盐酸溶液浸泡20分钟，清洗除去氧化锌，用无水乙醇、去离子水反复洗涤后，真空干燥，即得。
其中，所述的草酸溶液的浓度为3mol/L。
其中，步骤（2）中所述的微波膨胀具体条件为：微波炉功率为10kW，温度为950℃。
其中，步骤（4）中所述的盐酸溶液的浓度为20%。
其中，所述步骤（4）中真空干燥温度为70℃。

Claims (5)

1.一种利用微波膨胀法制备石墨烯片层负载纳米镍复合粉体的制备方法，其特征在于，其制备工艺如下：
（1）首先将12-26重量份硫酸镍配制成浓度为0.5mol/L的溶液，添加0.2-0.8份聚乙二醇1000，持续均匀搅拌后加入4-10份草酸溶液，进行沉淀反应，生成单一前驱体溶液，之后使用恒压滴液漏斗将10-20份0.5mol/L的氯化锌溶液和3-9份草酸溶液，同时缓慢加入到单一前驱体溶液中，生成包覆盐前驱体溶液；
（2）称取30-60份鳞片石墨缓慢加入到140-230份浓硫酸中，在搅拌条件下缓慢加入50-80份高锰酸钾，在30-40℃水浴温度下，间歇搅拌1-2小时，用去离子水洗涤至中性，过滤、烘干，即得可膨胀石墨，之后将干燥后的可膨胀石墨置于微波炉中进行膨胀，膨胀时间为15-25s，得到膨胀石墨；
（3）将步骤（1）前驱体溶液置于恒压滴液漏斗中，漏斗保持关闭并且下面连接装有膨胀石墨的吸滤瓶，将吸滤瓶预先抽真空20-40分钟，然后打开滴液漏斗开关，在压力诱导下，滴液漏斗中的溶液注入到膨胀石墨的层间；
（4）将步骤（3）注入前驱体溶液的膨胀石墨转移到反应釜中，在还原气氛炉中加热至900-1200℃烧结10-20分钟，冷却至室温后得到氧化锌/石墨烯包覆镍粉复合体，然后用盐酸溶液浸泡8-25分钟，清洗除去氧化锌，用无水乙醇、去离子水反复洗涤后，真空干燥，即得。
2.根据权利要求1所述的一种利用微波膨胀法制备石墨烯片层负载纳米镍复合粉体的制备方法，其特征在于，所述的草酸溶液的浓度为3mol/L。
3.根据权利要求1所述的一种利用微波膨胀法制备石墨烯片层负载纳米镍复合粉体的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述的微波膨胀具体条件为：微波炉功率为10kW，温度为900-980℃。
4.根据权利要求1所述的一种利用微波膨胀法制备石墨烯片层负载纳米镍复合粉体的制备方法，其特征在于，步骤（4）中所述的盐酸溶液的浓度为10-30%。
5.根据权利要求1所述的一种利用微波膨胀法制备石墨烯片层负载纳米镍复合粉体的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中真空干燥温度为60-70℃。
CN201710600509.3A 2017-07-21 2017-07-21 一种利用微波膨胀法制备石墨烯片层负载纳米镍复合粉体的制备方法 Active CN107331536B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710600509.3A CN107331536B (zh) 2017-07-21 2017-07-21 一种利用微波膨胀法制备石墨烯片层负载纳米镍复合粉体的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710600509.3A CN107331536B (zh) 2017-07-21 2017-07-21 一种利用微波膨胀法制备石墨烯片层负载纳米镍复合粉体的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107331536A CN107331536A (zh) 2017-11-07
CN107331536B true CN107331536B (zh) 2019-03-15

Family

ID=60200470

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710600509.3A Active CN107331536B (zh) 2017-07-21 2017-07-21 一种利用微波膨胀法制备石墨烯片层负载纳米镍复合粉体的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107331536B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109052347A (zh) * 2018-08-22 2018-12-21 昆明理工大学 一种电场与微波场协同辅助剥离黑磷制备纳米黑磷的方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1418818A (zh) * 2002-12-23 2003-05-21 崔春芳 纳米ZnO粉体的制备技术
CN102583348A (zh) * 2012-02-20 2012-07-18 北京航空航天大学 一种表面纳米镍粒子改性石墨烯纳米材料及其制备方法
CN102974838A (zh) * 2012-11-30 2013-03-20 黑龙江大学 水热法制备石墨烯负载纳米镍复合粉体材料的方法
CN104096836A (zh) * 2014-06-05 2014-10-15 刘剑洪 一种石墨烯包覆磁性纳米镍粒子及其制备方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101337994B1 (ko) * 2010-04-14 2013-12-06 한국과학기술원 그래핀/금속 나노 복합 분말 및 이의 제조 방법
KR101330230B1 (ko) * 2013-02-05 2013-11-18 재단법인 철원플라즈마 산업기술연구원 고밀도로 나노입자가 결정화되어 있는 그래핀―나노 융합체

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1418818A (zh) * 2002-12-23 2003-05-21 崔春芳 纳米ZnO粉体的制备技术
CN102583348A (zh) * 2012-02-20 2012-07-18 北京航空航天大学 一种表面纳米镍粒子改性石墨烯纳米材料及其制备方法
CN102974838A (zh) * 2012-11-30 2013-03-20 黑龙江大学 水热法制备石墨烯负载纳米镍复合粉体材料的方法
CN104096836A (zh) * 2014-06-05 2014-10-15 刘剑洪 一种石墨烯包覆磁性纳米镍粒子及其制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
膨胀石墨层间生长高活性氧化锌及其光催化性能;蒋保江等;《高等学校化学学报》;20121130;第33卷(第11期);摘要，1.2实验过程
超细球形镍粉的制备及其表征;郭顺等;《2015年全国粉末冶金学术会议暨海峡两岸粉末冶金技术研讨会论文集》;第704-708页;20151231;第705页2实验

Also Published As

Publication number Publication date
CN107331536A (zh) 2017-11-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhang et al. High performance flexible supercapacitors based on porous wood carbon slices derived from Chinese fir wood scraps
CN109273680B (zh) 一种多孔硅碳负极材料及其制备方法和锂离子电池
CN105098151B (zh) 一种二硫化钼‑碳空心球杂化材料及其制备方法
CN110627037B (zh) 一种氮掺杂生物质多孔碳纳米电极材料的制备方法
WO2020107672A1 (zh) 一种硅基复合负极材料及其制备方法、锂离子电池负极
CN110797512B (zh) 一种硅碳负极材料、锂离子电池负极及锂离子电池
CN112421048A (zh) 一种低成本制备石墨包覆纳米硅锂电池负极材料的方法
CN106206059A (zh) NiCo2S4/石墨毡复合电极材料的制备方法和应用
KR20140120861A (ko) 리튬이온전지 흑연 음극재료 및 이의 제조방법
CN109346688B (zh) 一种蛋黄-壳结构负极材料及其制备方法和锂离子电池
CN108281634A (zh) 一种石墨烯包覆锂离子电池石墨负极材料的方法及其应用
CN104466110B (zh) 一种高性能锂离子电池负极材料的制备方法
CN105198007A (zh) 一种介孔四氧化三钴纳米片的制备及剥离方法
WO2022032747A1 (zh) 一种硫掺杂ReSe2/MXene复合材料的制备方法
CN103274385B (zh) 一种锂离子电池负极材料碳微球及其制备方法
CN114275777A (zh) 一种用于锂电负极的高石墨化度炭基材料的制备方法
CN110510595B (zh) 一种用于锂硫电池的n/s共掺杂多孔碳的制备方法
CN116332154A (zh) 一种多孔硅碳负极材料的制备方法
WO2019127031A1 (zh) 用于锂电池的能源复合材料及其制备方法
CN106299344A (zh) 一种钠离子电池钛酸镍负极材料及其制备方法
CN109755542B (zh) 一种钠硫电池正极材料及其制备方法
CN108923027B (zh) 一种有机酸修饰的Si/TiO2/rGO@C锂离子电池负极材料及其制备方法与应用
CN107742706B (zh) 一种石墨烯复合金属硼化物和硫复合纳米材料的制备方法及其应用
CN108091866B (zh) 一种用于锂离子电池硅碳负极材料的制备方法
CN107331536B (zh) 一种利用微波膨胀法制备石墨烯片层负载纳米镍复合粉体的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant