CN108461303A - 二氧化钛纳米线-石墨烯复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
二氧化钛纳米线‑石墨烯复合材料的制备方法，涉及二氧化钛纳米线‑石墨烯复合材料的制备方法。本发明要解决二氧化钛作为超级电容器电极材料导电性差和性能较低的问题。首先制备出氧化石墨烯，然后将二氧化钛纳米粉末在氢氧化钠碱液中进行水热反应，将反应产物在盐酸中进行酸化处理和热处理，得到二氧化钛纳米线，最后将二氧化钛纳米线与氧化石墨烯在乙醇和水的混合溶液中进行水热反应，得到一种具有高比表面积、高性能的复合材料，应用于超级电容器。本发明制备方法具备简单，高效，易于大规模生产和高性能的优点。
Description
技术领域
本发明涉及二氧化钛纳米线-石墨烯复合材料的制备方法。
背景技术
超级电容器作为一种新型的电能存储器件，具有比容量大、快速充放电、超高的能量密度和功率密度，较高的循环稳定性等优点。根据储能机理不同，超级电容器可以分为双电层超级电容器和赝电容超级电容器。双电层电容器主要是是通过电解液离子在电极材料表面吸脱附来实现电荷的存储与释放。双电层超级电容器循环稳定性优异，但是存在比电容和能量密度低的缺点。赝电容超级电容器，主要是利用电极表面或附近发生快速且可逆的氧化还原反应来实现储能。赝电容超级电容器的比电容和能量密度远高于双电层超级电容器，但是循环稳定性相比于双电层超级电容器较差。
双电层超级电容器的主要电极材料为碳系材料，如活性炭、碳纳米管和石墨烯。其中石墨烯是目前一种十分热门且性能优异的碳材料。石墨烯是一种仅有单原子厚度的二维层状结构材料，其中碳原子为sp2杂化，具有极高的比表面积、良好的热传导性、电子传导性和机械性能等。在与其它材料复合后，可有效的提高电导率。
赝电容超级电容器的主要材料为过渡金属氧化物。目前，氧化钌、氧化锰、氧化镍和二氧化钛等过渡金属氧化物被广泛应用在赝电容超级电容器中。其中二氧化钛由于其电化学性质稳定、成本低、无毒和容易制备的优点成为制备超级电容器电极最具潜力的材料之一。二氧化钛有多种结构，如二氧化钛纳米颗粒、二氧化钛纳米线和二氧化钛纳米片等，为了提高材料的比表面积，二氧化钛纳米线因其独特的一维结构，较大的比表面积，受到了广泛关注。
综上所述，利用石墨烯的高导电性、大比表面积和优秀的循环稳定性，利用二氧化钛纳米线赝电容特性和特殊的一维结构提供较高的比电容以及比表面积。将石墨烯与二氧化钛纳米线复合，有效的提高材料在超级电容器中应用的性能，是制备一种高性能超级电容器电极材料的十分理想的选择。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高性能的二氧化钛纳米线-石墨烯复合材料的制备方法，并应用在超级电容器电极材料中。
二氧化钛纳米线-石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于二氧化钛纳米线-石墨烯复合材料的制备方法是按以下步骤进行的：
一、制备氧化石墨烯：将0.8 g石墨粉和0.8 g硝酸钠在冰水浴条件下与46 mL的浓硫酸在锥形瓶中混合搅拌20~40 mins，在冰水浴条件下，保持水浴温度在2~4℃以下，向上述混合溶液加入6 g高锰酸钾，搅拌40~50 mins，得到绿紫色的混合溶液，将绿紫色的混合溶液在35~40℃的条件下保温1h，期间保持适度搅拌，然后加入30~45 mL的蒸馏水，在85~95℃的条件下保温35~45 mins后停止加热，得到深棕色混合溶液，向深棕色混合溶液加入100 mL去离子水和6 mL的30~35%过氧化氢，得到亮黄色的混合溶液，然后用质量浓度为5%的盐酸溶液和去离子水反复洗涤亮黄色溶液至pH为6~7，离心收集，冷冻干燥3~4 h，得到氧化石墨烯纳米片；步骤一中离心收集的转速为4000 r/min；
二、二氧化钛纳米线的制备：将0.6 g二氧化钛粉末与30 g氢氧化钠在75 mL去离子水中混合，搅拌30 mins；再将混合溶液在180~220℃，水热反应24 h，将水热产物用去离子水清洗至中性，然后在盐酸中酸洗三次，将酸洗产物冷冻干燥2~3 h，最后将干燥后的产物在氩气保护下450~500℃热处理2~3 h，得到二氧化钛纳米线；步骤二酸洗时，盐酸的浓度为0.12 mol/L；步骤二热处理时的氩气流量为400 sccm；
三、二氧化钛纳米线-石墨烯复合材料的制备：称取步骤一得到的氧化石墨烯0.2 g加入到50 mL去离子水和25 mL乙醇的混合溶液中，在室温下超声分散2 h，得到氧化石墨烯分散液；将步骤二得到的二氧化钛纳米线0.1~0.4 g 二氧化钛纳米线加入到氧化石墨烯分散液中，在120℃水热反应24 h。
二氧化钛纳米线-石墨烯复合材料的应用，其特征是该材料作为电极材料应用于超级电容器中。
本发明的优点:
1. 采用水热法合成二氧化钛纳米线-石墨烯复合材料，制备方法简易，成本低，易于大规模制备；
2. 本发明制备的复合材料可以同时发挥二氧化钛纳米线和石墨烯的优势，二氧化钛纳米线为一维结构，具备较大的比表面积，并且可以提供赝电容，提高了材料比电容，石墨烯提高了材料的导电性、比表面积和循环稳定性，二者复合后得到一种高性能的超级电容器电极材料。
附图说明
图1为制备的二氧化钛纳米线放大到10000倍的扫描电镜照片。
图2为制备的氧化石墨烯放大到10000倍的扫描电镜照片。
图3为制备的二氧化钛纳米线-石墨烯放大到10000倍的扫描电镜照片。
图4为二氧化钛纳米线-石墨烯的拉曼图谱。
图5为二氧化钛纳米线-石墨烯X射线衍射图谱。
图6为二氧化钛纳米线-石墨烯的循环伏安曲线。
图7为二氧化钛纳米线-石墨烯的循环稳定性曲线。
具体实施方式
以下结合实例对本发明做进一步说明，需要指出的是，以下所述实例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
具体实施方式一：本实施方式为二氧化钛纳米线-石墨烯复合材料的制备方法，具体按照以下步骤进行的：
一、 制备氧化石墨烯：将0.8 g石墨粉和0.8 g硝酸钠在冰水浴条件下与46 mL的浓硫酸在锥形瓶中混合搅拌20~40 mins，在冰水浴条件下，保持水浴温度在2~4℃以下，向上述混合溶液加入6 g高锰酸钾，搅拌40~50 mins，得到绿紫色的混合溶液，将绿紫色的混合溶液在35~40℃的条件下保温1h，期间保持适度搅拌，然后加入30~45 mL的蒸馏水，在85~95℃的条件下保温35~45 mins后停止加热，得到深棕色混合溶液，向深棕色混合溶液加入100mL去离子水和6 mL的30~35%过氧化氢，得到亮黄色的混合溶液，然后用质量浓度为5%的盐酸溶液和去离子水反复洗涤亮黄色溶液至pH为6~7，离心收集，冷冻干燥3~4 h，得到氧化石墨烯纳米片；步骤一中离心收集的转速为4000 r/min；
二、 二氧化钛纳米线的制备：将0.6 g二氧化钛粉末与30 g氢氧化钠在75 mL去离子水中混合，搅拌30 mins；再将混合溶液在180~220℃，水热反应24 h，将水热产物用去离子水清洗至中性，然后在盐酸中酸洗三次，将酸洗产物冷冻干燥2~3 h，最后将干燥后的产物在氩气保护下450~500℃热处理2~3 h，得到二氧化钛纳米线；步骤二酸洗时，盐酸的浓度为0.12 mol/L；步骤二热处理时的氩气流量为400 sccm；
三、二氧化钛纳米线-石墨烯复合材料的制备：称取步骤一得到的氧化石墨烯0.2 g加入到50 mL去离子水和25 mL乙醇的混合溶液中，在室温下超声分散2 h，得到氧化石墨烯分散液；将步骤二得到的二氧化钛纳米线0.1~0.4 g 二氧化钛纳米线加入到氧化石墨烯分散液中，在120℃水热反应24 h。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：再将混合溶液在180~200℃，水热反应24 h，将水热产物用去离子水清洗至中性，然后在盐酸中酸洗三次，将酸洗产物冷冻干燥2~3 h，最后将干燥后的产物在氩气保护下450~500 ℃热处理2~3 h，得到二氧化钛纳米线，其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：实施方式与具体实施方式一或二的不同点是：步骤二中，最后将干燥后的产物在氩气保护下450~475℃热处理2~3 h，得到二氧化钛纳米线。其他与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四： 本实施方式与具体实施方式一至三之一的不同点是：步骤二中，最后将干燥后的产物在氩气保护下450~500 ℃热处理2~2.5 h，得到二氧化钛纳米线。其他与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一的不同点是：步骤三中，得到的二氧化钛纳米线0.1~0.2 g 二氧化钛纳米线加入到氧化石墨烯分散液中，在120℃水热反应24 h。其它与具体实施方式一至四之一相同。
通过以下试验验证本发明的有益效果。
试验一：本试验二氧化钛纳米线-石墨烯复合材料的制备是按以下步骤进行的：
一、 制备氧化石墨烯：将0.8 g石墨粉和0.8 g硝酸钠在冰水浴条件下与46 mL的浓硫酸在锥形瓶中混合搅拌20 mins，在冰水浴条件下，保持水浴温度在4℃以下，向上述混合溶液加入6 g高锰酸钾，搅拌40 mins，得到绿紫色的混合溶液，将绿紫色的混合溶液在35℃的条件下保温1h，期间保持适度搅拌，然后加入30 mL的蒸馏水，在90℃的条件下保温40 mins后停止加热，得到深棕色混合溶液，向深棕色混合溶液加入100 mL去离子水和6 mL的35%过氧化氢，得到亮黄色的混合溶液，然后用质量浓度为5%的盐酸溶液和去离子水反复洗涤亮黄色溶液至pH为7，离心收集，冷冻干燥3 h，得到氧化石墨烯纳米片；步骤一中离心收集的转速为4000 r/min；
二、 二氧化钛纳米线的制备：将0.6 g二氧化钛粉末与30 g氢氧化钠在75 mL去离子水中混合，搅拌30 mins；再将混合溶液在20℃，水热反应24 h，将水热产物用去离子水清洗至中性，然后在盐酸中酸洗三次，将酸洗产物冷冻干燥2 h，最后将干燥后的产物在氩气保护下450℃热处理2 h，得到二氧化钛纳米线；步骤二酸洗时，盐酸的浓度为0.12 mol/L；步骤二热处理时的氩气流量为400 sccm；
三、二氧化钛纳米线-石墨烯复合材料的制备：称取步骤一得到的氧化石墨烯0.2 g加入到50 mL去离子水和25 mL乙醇的混合溶液中，在室温下超声分散2 h，得到氧化石墨烯分散液；将步骤二得到的二氧化钛纳米线0.2 g 二氧化钛纳米线加入到氧化石墨烯分散液中，在120℃水热反应24 h。
如图1所示制备的二氧化钛纳米线，结构完整，一维结构明显。
如图2所示制备的氧化石墨烯片层明显，呈透明状，说明氧化石墨烯层数较少。
如图3所示制备的二氧化钛纳米线-石墨烯复合材料，二氧化钛纳米线分散均匀，石墨烯片层明显，二者复合较好。
如图4所示，氧化石墨烯和石墨烯在1352 cm-1 和 1594 cm-1 处的特征峰分别是由sp3轨道杂化碳原子共面振动而引起的D带和sp2杂化碳原子共面振动引起的G带，可以看出石墨烯的强度比 (ID/IG)小于氧化石墨烯，表明氧化石墨烯被充分还原为石墨烯。在二氧化钛纳米线的168, 276, 465, 670 和877 cm-1处出现的峰为二氧化钛的特征峰，相同的峰在二氧化钛纳米线-石墨烯复合材料中出现。除此之外，二氧化钛纳米线-石墨烯复合材料中还在1352 和 1594 cm-1处有石墨烯的特征峰，这说明二氧化钛纳米线和石墨烯成功复合在一起。
如图5所示，二氧化钛纳米线-石墨烯复合材料中，在25.2°, 28.5°, 43.4°,44.6° 和48.2°处出现明显的衍射峰，分别对应二氧化钛的(110), (002), (003), (6 ̅01)和 (020)晶面。并没有观察到石墨烯的衍射峰，这是由于二氧化钛在25.2°处有衍射峰，导致没有明显的石墨烯的衍射峰出现。
试验二：以泡沫镍作集流体，二氧化钛纳米线-石墨烯复合材料作活性物质制备得到的电极为工作电极，进行电化学检测试验，具体如下：
一、以泡沫镍作集流体，二氧化钛纳米线-石墨烯复合材料作活性物质制备得到的电极为工作电极，氯化银为参比电极，铂丝为对电极，6 M KOH为电解液，组装成三电极体系；
二、 在步骤一中的三电极体系下，电压区间为0-0.5 V,扫描速率为10 mV·s-1，通过循环伏安法（CV）测试，获得二氧化钛纳米线-石墨烯复合材料的CV曲线；
三、在步骤一中的三电极体系下，电流密度为1 A·g-1通过循环稳定性测试，获得二氧化钛纳米线-石墨烯复合材料的循环稳定性曲线。
如图6所示为二氧化钛纳米线-石墨烯复合材料的CV曲线，其中二氧化钛纳米线-石墨烯复合材料的CV曲线围成的面积远大于单独石墨烯和单独二氧化钛纳米线的CV曲线围成的面积，说明将石墨烯和二氧化钛纳米线复合后，利用二者的协同效应，有效的提高了材料的比电容。二氧化钛纳米线-石墨烯复合材料的CV曲线有明显的氧化还原峰，说明该材料发挥了发挥了二氧化钛的赝电容特性，提高了材料的比电容。
如图7所示为二氧化钛纳米线-石墨烯复合材料的循环稳定性曲线，该材料在循环1000次后，仍然保留85.87%的电容，说明该材料具有良好的循环稳定性。
Claims (2)
1.二氧化钛纳米线-石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于二氧化钛纳米线-石墨烯复合材料的制备方法是按以下步骤进行的：
一、 制备氧化石墨烯：将0.8 g石墨粉和0.8 g硝酸钠在冰水浴条件下与46 mL的浓硫酸在锥形瓶中混合搅拌20~40 mins，在冰水浴条件下，保持水浴温度在2~4℃以下，向上述混合溶液加入6 g高锰酸钾，搅拌40~50 mins，得到绿紫色的混合溶液，将绿紫色的混合溶液在35~40℃的条件下保温1h，期间保持适度搅拌，然后加入30~45 mL的蒸馏水，在85~95℃的条件下保温35~45 mins后停止加热，得到深棕色混合溶液，向深棕色混合溶液加入100mL去离子水和6 mL的30~35%过氧化氢，得到亮黄色的混合溶液，然后用质量浓度为5%的盐酸溶液和去离子水反复洗涤亮黄色溶液至pH为6~7，离心收集，冷冻干燥3~4 h，得到氧化石墨烯纳米片；步骤一中离心收集的转速为4000 r/min；
二、 二氧化钛纳米线的制备：将0.6 g二氧化钛粉末与30 g氢氧化钠在75 mL去离子水中混合，搅拌30 mins；再将混合溶液在180~220℃，水热反应24 h，将水热产物用去离子水清洗至中性，然后在盐酸中酸洗三次，将酸洗产物冷冻干燥2~3 h，最后将干燥后的产物在氩气保护下450~500℃热处理2~3 h，得到二氧化钛纳米线；步骤二酸洗时，盐酸的浓度为0.12 mol/L；步骤二热处理时的氩气流量为400 sccm；
三、二氧化钛纳米线-石墨烯复合材料的制备：称取步骤一得到的氧化石墨烯0.2 g加入到50 mL去离子水和25 mL乙醇的混合溶液中，在室温下超声分散2 h，得到氧化石墨烯分散液；将步骤二得到的二氧化钛纳米线0.1~0.4 g 二氧化钛纳米线加入到氧化石墨烯分散液中，在120℃水热反应24 h。
2.二氧化钛纳米线-石墨烯复合材料的应用，其特征是该材料作为电极材料应用于超级电容器中。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110040776A (zh) * | 2019-04-25 | 2019-07-23 | 兰州理工大学 | 一种二氧化钛纳米管-氧化石墨烯的制备方法及应用 |
| CN114899402A (zh) * | 2022-05-24 | 2022-08-12 | 南通大学 | 一种具有三明治层状结构的锂硫电池正极材料及其制备方法与应用 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103990444A (zh) * | 2014-06-04 | 2014-08-20 | 沈阳化工大学 | 石墨烯-自制TiO2纳米线光催化剂的制备方法 |
| CN105536848A (zh) * | 2016-03-01 | 2016-05-04 | 常州墨之萃科技有限公司 | 一种石墨烯复合材料及其制备方法 |
| CN106348244A (zh) * | 2016-10-09 | 2017-01-25 | 全普光电科技(上海)有限公司 | 一种石墨烯基纳米线复合结构及其制备方法 |
| US20170062143A1 (en) * | 2015-08-24 | 2017-03-02 | Aruna Zhamu | Production process for a supercapacitor having a high volumetric energy density |
-
2018
- 2018-03-27 CN CN201810255768.1A patent/CN108461303A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103990444A (zh) * | 2014-06-04 | 2014-08-20 | 沈阳化工大学 | 石墨烯-自制TiO2纳米线光催化剂的制备方法 |
| US20170062143A1 (en) * | 2015-08-24 | 2017-03-02 | Aruna Zhamu | Production process for a supercapacitor having a high volumetric energy density |
| CN105536848A (zh) * | 2016-03-01 | 2016-05-04 | 常州墨之萃科技有限公司 | 一种石墨烯复合材料及其制备方法 |
| CN106348244A (zh) * | 2016-10-09 | 2017-01-25 | 全普光电科技(上海)有限公司 | 一种石墨烯基纳米线复合结构及其制备方法 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110040776A (zh) * | 2019-04-25 | 2019-07-23 | 兰州理工大学 | 一种二氧化钛纳米管-氧化石墨烯的制备方法及应用 |
| CN110040776B (zh) * | 2019-04-25 | 2022-04-26 | 兰州理工大学 | 一种二氧化钛纳米管-氧化石墨烯的制备方法及应用 |
| CN114899402A (zh) * | 2022-05-24 | 2022-08-12 | 南通大学 | 一种具有三明治层状结构的锂硫电池正极材料及其制备方法与应用 |
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