CN110544588A - 一种钼酸钴/氮功能化石墨烯纳米复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钼酸钴/氮功能化石墨烯纳米复合材料及其制备方法。该制备方法的步骤如下：（1）制备氧化石墨烯悬浮液；（2）向氧化石墨烯悬浮液中加入含氮物质搅拌均匀，采用水热反应在集流体基底上制备功能化石墨烯；（3）将等物质量的钴盐和钼酸盐溶解在去离子水中；（4）将溶液（3）混合均匀后转移到反应釜中，采用水热法在相应的集流体基底上生长钼酸钴；（5）将得到的样品清洗、干燥，然后在管式炉中进行煅烧，即得钼酸钴/氮功能化石墨烯纳米复合材料。本发明方法简单易行、绿色环保、成本低廉、产率高；制得的钼酸钴纳米片材料可以广泛应用在超级电容器、锂离子电池、传感器、电子器件、燃料电池、电催化等领域。
Description
技术领域
本发明涉及新型能源材料制备技术领域，特别涉及一种钼酸钴/氮功能化石墨烯纳米复合材料及其制备方法。
背景技术
随着科学技术的进步和人们日益增长的能源需求，人们迫切的需要一种绿色、高效的储能设备来满足人们对于不同使用目的的需求。超级电容器，又称之为电化学电容器，是一种介于电池(拥有高的能量密度)和传统电容器(拥有高的输出功率)之间的一种能够快速充放电进行能量储存的器件。超级电容器在国防、航空航天、便携通讯设备等领域有着广泛的应用前景。电极材料是决定超级电容器电化学性能的关键因素，研究与开发新颖的电极材料是提高超级电容器性能的重要途径。超级电容器可以分为双电层电容器和赝电容器两类，其中赝电容器主要利用在电极材料表面或体相中进行的氧化还原反应储存能量,主要使用过渡金属氧化物和导电聚合物材料。过渡金属氧化物是在传统碳材料之后发展较迅速的一种电极材料，其原材料资源丰富、价格低廉、环境友好，并且表现出良好的赝电容性能，在超级电容器和锂离子电池领域都有广泛的应用潜力。最近，二元过渡金属氧化物(例如NiCo2O4、NiMoO4和CoMoO4等)成为赝电容电极材料研究的热点，因为它们具有较高的理论比电容，良好的电化学活性，电导率更高且氧化态容易形成。其中，钼酸钴不仅赝电容性能尤为突出，而且拥有廉价、环境友好、资源丰富等特点，因而在超级电容器的电极材料研究领域具有重要的研究价值。
石墨烯拥有较大的比表面积、高导电性和优异的循环稳定性，将石墨烯应用在超级电容器中，石墨烯较大的比表面积有利于电解液的扩散。对石墨烯表面进行功能化修饰改性制备纳米复合材料，能够有效提升复合材料的电化学特性，这给石墨烯的应用开拓了广阔的前景。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种钼酸钴/氮功能化石墨烯纳米复合材料及其制备方法。为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种钼酸钴/氮功能化石墨烯纳米复合材料的制备方法，具体步骤如下：
（1）利用化学氧化法制备氧化石墨，通过超声波处理将氧化石墨分散在去离子水中获得氧化石墨烯分散液；
（2）向氧化石墨烯分散液中加入含氮物质，在室温下搅拌混合均匀，然后静置倒出上层氧化石墨烯悬浮液；
（3）将上述氧化石墨烯悬浮液倒入水热反应釜中，并向其中放入清洗干净的集流体基底，设置水热反应温度为120℃~150℃，反应时间8~10小时，反应结束后，用去离子水清洗样品，再干燥即在基底上得到功能化石墨烯；
（4）将等物质的量的钴盐和钼酸盐溶解在50 mL去离子水中；
（5）将步骤（4）得到的混合溶液搅拌1~2小时，使其混合均匀后，转移至水热反应釜中，并向其中放入生长有功能化石墨烯的集流体基底，设置水热反应温度为150℃~180℃，反应时间6~10小时，反应结束后，用去离子水清洗样品，再干燥；
（6）将步骤（5）得到的样品放入管式炉中，在340~360℃的温度下煅烧2~4小时，得到钼酸钴/氮功能化石墨烯纳米复合材料。
上述步骤（1）中，氧化石墨烯分散液的浓度为0.1~5 mg/mL。
上述步骤（2）中，含氮物质选自苯胺、吡咯、乙二胺、六亚甲基四胺或氨水中的任意一种，每升氧化石墨烯分散液中，含氮物质的加入量为0.004 ~ 0.5 mol。
上述步骤（3）中，集流体基底为泡沫镍、碳纤维布或碳纸中的任意一种。
上述步骤（4）中，钴盐为六水合硝酸钴、六水合氯化钴、六水合硫酸钴或乙酸钴中的任意一种，物质的量为1~5 mmol。
上述步骤（4）中，钼酸盐是二水合钼酸钠或钼酸铵中的任意一种，物质的量为1~5mmol。
上述步骤（3）和步骤（5）中，干燥温度为75~85℃，干燥时间为6~8小时。
本发明还提供一种根据上述的制备方法制得的钼酸钴/氮功能化石墨烯纳米复合材料。其包括集流体、氮功能化石墨烯和钼酸钴纳米片；氮功能化石墨烯直接生长在集流体上，钼酸钴纳米片材料生长在氮功能化石墨烯表面。
通过上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明采用水热法在集流体上直接生长氮功能化石墨烯，进一步水通过热法在功能化石墨烯表面生长钼酸钴纳米片材料;制备方法简单易行、实验材料简单、化学均匀性好，易于大量制备，而且容易推广到其它的材料体系。本发明直接在集流体基底上生长纳米材料，制备的材料与基底结合力强，电阻小，作为电极材料或者电催化剂，稳定性好容量大；制备的钼酸钴/氮功能化石墨烯纳米复合材料可以广泛应用在超级电容器、锂离子电池、传感器、电子器件、燃料电池、电催化等领域。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例。
图1为实施例1制备的一种钼酸钴/氮功能化石墨烯纳米复合材料的SEM照片。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面进一步阐述本发明。
实施例1
利用化学氧化法制备氧化石墨，通过超声波处理将氧化石墨分散在60 mL去离子水中获得0.1 mg/mL的氧化石墨烯分散液。向氧化石墨烯分散液中加入0.24mmol苯胺，在室温下搅拌混合均匀，然后静置24小时倒出上层氧化石墨烯悬浮液。将氧化石墨烯悬浮液倒入水热反应釜中，并向其中放入清洗干净的泡沫镍，设置水热反应温度为120℃，反应时间10小时。反应结束后，用去离子水清洗样品，在80℃干燥6小时，即在泡沫镍基底上得到功能化石墨烯。将1 mmol的六水合硝酸钴和1 mmol的二水合钼酸钠溶解在50 mL去离子水中，混合溶液搅拌均匀后，倒入水热反应釜中，然后向水热反应釜中放入生长有功能化石墨烯的泡沫镍，在150℃下反应8小时。得到的样品经过去离子水冲洗后，在80℃干燥6小时，再在350℃下煅烧2小时，得到钼酸钴/氮功能化石墨烯纳米复合材料。图1是制备的纳米复合材料的SEM照片，从图中可以清晰的看出钼酸钴呈现二维纳米薄片形貌，由于氮功能化石墨烯表面被钼酸钴覆盖，所以从SEM照片中没有观察到氮功能化石墨烯材料。制备的复合材料作为超级电容器电极材料，比电容高达1500 F/g（放电电流密度为0.5 A/g），复合材料显著提升其超级电容器性能。
实施例2
利用化学氧化法制备氧化石墨，通过超声波处理将氧化石墨分散在60 mL去离子水中获得0.5 mg/mL的氧化石墨烯分散液。向氧化石墨烯分散液中加入1.2mmol吡咯，在室温下搅拌混合均匀，然后静置24小时倒出上层氧化石墨烯悬浮液。将氧化石墨烯悬浮液倒入水热反应釜中，并向其中放入清洗干净的碳纤维布，设置水热反应温度为150℃，反应时间8小时。反应结束后，用去离子水清洗样品，在80℃干燥8小时，即在碳纤维布基底上得到功能化石墨烯。将2.5 mmol的六水合硝酸钴和2.5 mmol的二水合钼酸钠溶解在50 mL去离子水中，混合溶液搅拌均匀后，倒入水热反应釜中，然后向水热反应釜中放入生长有功能化石墨烯的碳纤维布，在180℃下反应6小时。得到的样品经过去离子水冲洗后，在80℃干燥8小时，再在350℃下煅烧4小时，得到钼酸钴/氮功能化石墨烯纳米复合材料。SEM照片显示钼酸钴纳米薄片均匀分散在氮功能化石墨烯表面，形貌与实施例1相似，制备的纳米复合材料具有优异的超级电容器性能，比电容高达1480 F/g（放电电流密度为0.5 A/g）。
实施例3
利用化学氧化法制备氧化石墨，通过超声波处理将氧化石墨分散在60 mL去离子水中获得1 mg/mL的氧化石墨烯分散液。向氧化石墨烯分散液中加入1.8mmol乙二胺，在室温下搅拌混合均匀，然后静置24小时倒出上层氧化石墨烯悬浮液。将氧化石墨烯悬浮液倒入水热反应釜中，并向其中放入清洗干净的碳纸，设置水热反应温度为120℃，反应时间10小时。反应结束后，用去离子水清洗样品，在80℃干燥8小时，即在碳纸上得到功能化石墨烯。将3mmol的六水合氯化钴和3 mmol的钼酸铵溶解在50 mL去离子水中，混合溶液搅拌均匀后，倒入水热反应釜中，然后向水热反应釜中放入生长有功能化石墨烯的碳纸，在160℃下反应8小时。得到的样品经过去离子水冲洗后，在80℃干燥8小时，再在350℃下煅烧3小时，得到钼酸钴/氮功能化石墨烯纳米复合材料。SEM照片显示钼酸钴纳米薄片均匀分散在氮功能化石墨烯表面，形貌与实施例1相似，制备的纳米复合材料具有优异的超级电容器性能，比电容高达1500 F/g（放电电流密度为0.5 A/g）。
实施例4
利用化学氧化法制备氧化石墨，通过超声波处理将氧化石墨分散在60 mL去离子水中获得3 mg/mL的氧化石墨烯分散液。向氧化石墨烯分散液中加入氨水（其中氨气的总摩尔数为4.8mmol左右），在室温下搅拌混合均匀，然后静置24小时倒出上层氧化石墨烯悬浮液。将氧化石墨烯悬浮液倒入水热反应釜中，并向其中放入清洗干净的碳纸，设置水热反应温度为140℃，反应时间9小时。反应结束后，用去离子水清洗样品，在80℃干燥8小时，即在碳纸上得到功能化石墨烯。将5 mmol的六水合硫酸钴和5 mmol的钼酸铵溶解在50 mL去离子水中，混合溶液搅拌均匀后，倒入水热反应釜中，然后向水热反应釜中放入生长有功能化石墨烯的碳纸，在150℃下反应9小时。得到的样品经过去离子水冲洗后，在80℃干燥8小时，再在350℃下煅烧3小时，得到钼酸钴/氮功能化石墨烯纳米复合材料。SEM照片显示钼酸钴纳米薄片均匀分散在氮功能化石墨烯表面，形貌与实施例1相似，制备的纳米复合材料具有优异的超级电容器性能，比电容高达1460 F/g（放电电流密度为0.5 A/g）。
实施例5
利用化学氧化法制备氧化石墨，通过超声波处理将氧化石墨分散在60 mL去离子水中获得3 mg/mL的氧化石墨烯分散液。向氧化石墨烯分散液中加入4.8mmol六亚甲基四胺，在室温下搅拌混合均匀，然后静置24小时倒出上层氧化石墨烯悬浮液。将氧化石墨烯悬浮液倒入水热反应釜中，并向其中放入清洗干净的碳纤维布，设置水热反应温度为150℃，反应时间10小时。反应结束后，用去离子水清洗样品，在80℃干燥6小时，即在碳纤维布上得到功能化石墨烯。将4 mmol的乙酸钴和4 mmol的钼酸铵溶解在50 mL去离子水中，溶液混合均匀后，倒入水热反应釜中，然后向其中放入生长有功能化石墨烯的碳纤维布，在170℃下反应8小时。得到的样品经过去离子水冲洗后，在80℃干燥8小时，再在350℃下煅烧2小时，得到钼酸钴/氮功能化石墨烯纳米复合材料。SEM照片显示钼酸钴纳米薄片均匀分散在氮功能化石墨烯表面，形貌与实施例1相似，制备的纳米复合材料具有优异的超级电容器性能，比电容高达1450 F/g（放电电流密度为0.5 A/g）。
实施例6
利用化学氧化法制备氧化石墨，通过超声波处理将氧化石墨分散在60 mL去离子水中获得4 mg/mL的氧化石墨烯分散液。向氧化石墨烯分散液中加入15mmol苯胺，在室温下搅拌混合均匀，然后静置24小时倒出上层氧化石墨烯悬浮液。将氧化石墨烯悬浮液倒入水热反应釜中，并向其中放入清洗干净的泡沫镍，设置水热反应温度为150℃，反应时间8小时。反应结束后，用去离子水清洗样品，在80℃干燥6小时，即在泡沫镍上得到功能化石墨烯。将5mmol的六水合硝酸钴和5 mmol的二水合钼酸钠溶解在50 mL去离子水中，溶液混合均匀后，倒入水热反应釜中，然后向其中放入生长有功能化石墨烯的泡沫镍，在180℃下反应8小时。得到的样品经过去离子水冲洗后，在80℃干燥8小时，再在350℃下煅烧3小时，得到钼酸钴/氮功能化石墨烯纳米复合材料。SEM照片显示钼酸钴纳米薄片均匀分散在氮功能化石墨烯表面，形貌与实施例1相似，制备的纳米复合材料具有优异的超级电容器性能，比电容高达1480 F/g（放电电流密度为0.5 A/g）。
实施例7
利用化学氧化法制备氧化石墨，通过超声波处理将氧化石墨分散在60 mL去离子水中获得5mg/mL的氧化石墨烯分散液。向氧化石墨烯分散液中加入24mmol吡咯，在室温下搅拌混合均匀，然后静置24小时倒出上层氧化石墨烯悬浮液。将氧化石墨烯悬浮液倒入水热反应釜中，并向其中放入清洗干净的泡沫镍，设置水热反应温度为140℃，反应时间10小时。反应结束后，用去离子水清洗样品，在80℃干燥8小时，即在泡沫镍上得到功能化石墨烯。将2.5 mmol的六水合硝酸钴和2.5 mmol的钼酸铵溶解在50 mL去离子水中，溶液混合均匀后，倒入水热反应釜中，然后向其中放入生长有功能化石墨烯的泡沫镍，在160℃下反应10小时。得到的样品经过去离子水冲洗后，在80℃干燥8小时，再在350℃下煅烧4小时，得到钼酸钴/氮功能化石墨烯纳米复合材料。SEM照片显示钼酸钴纳米薄片均匀分散在氮功能化石墨烯表面，形貌与实施例1相似，制备的纳米复合材料具有优异的超级电容器性能，比电容高达1470 F/g（放电电流密度为0.5 A/g）。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定 。
Claims (8)
1.一种钼酸钴/氮功能化石墨烯纳米复合材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
（1）利用化学氧化法制备氧化石墨，通过超声波处理将氧化石墨分散在去离子水中获得氧化石墨烯分散液；
（2）向氧化石墨烯分散液中加入含氮物质，在室温下搅拌混合均匀，然后静置倒出上层氧化石墨烯悬浮液；
（3）将上述氧化石墨烯悬浮液倒入水热反应釜中，并向其中放入清洗干净的集流体基底，设置水热反应温度为120℃~150℃，反应时间8~10小时，反应结束后，用去离子水清洗样品，再干燥即在基底上得到功能化石墨烯；
（4）将等物质的量的钴盐和钼酸盐溶解在50 mL去离子水中；
（5）将步骤（4）得到的混合溶液搅拌1~2小时，使其混合均匀后，转移至水热反应釜中，并向其中放入生长有功能化石墨烯的集流体基底，设置水热反应温度为150℃~180℃，反应时间6~10小时，反应结束后，用去离子水清洗样品，再干燥；
（6）将步骤（5）得到的样品放入管式炉中，在340~360℃的温度下煅烧2~4小时，得到钼酸钴/氮功能化石墨烯纳米复合材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，氧化石墨烯分散液的浓度为0.1~5 mg/mL。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，含氮物质选自苯胺、吡咯、乙二胺、六亚甲基四胺或氨水中的任意一种，每升氧化石墨烯分散液中，含氮物质的加入量为0.004 ~ 0.5 mol。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，集流体基底为泡沫镍、碳纤维布或碳纸中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，钴盐为六水合硝酸钴、六水合氯化钴、六水合硫酸钴或乙酸钴中的任意一种，物质的量为1~5 mmol。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，钼酸盐是二水合钼酸钠或钼酸铵中的任意一种，物质的量为1~5 mmol。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）和步骤（5）中，干燥温度为75~85℃，干燥时间为6~8小时。
8.一种根据权利要求1~7之一所述的制备方法制得的钼酸钴/氮功能化石墨烯纳米复合材料，其特征在于，其包括集流体、氮功能化石墨烯和钼酸钴纳米片；氮功能化石墨烯直接生长在集流体上，钼酸钴纳米片材料生长在氮功能化石墨烯表面。
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111899981A (zh) * | 2020-06-30 | 2020-11-06 | 太原理工大学 | 三维石墨烯泡沫为基底的钼酸钴纳米片阵列电极材料及其制备方法和应用 |
| CN113122877A (zh) * | 2021-04-16 | 2021-07-16 | 陕西科技大学 | 一种氮掺杂碳复合石墨烯包覆钴纳米阵列催化剂及其制备方法和应用 |
| CN113564631A (zh) * | 2021-07-14 | 2021-10-29 | 上海应用技术大学 | 一种P-Mo2S/NGAs复合材料及其制备方法与应用 |
| CN114835159A (zh) * | 2022-03-24 | 2022-08-02 | 浙江大学 | 铅炭电池用还原氧化石墨烯负载氧化铅复合材料的制备方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103043729A (zh) * | 2012-12-29 | 2013-04-17 | 南京理工大学 | 钼酸钴-石墨烯纳米复合物及其制备方法 |
| CN103811189A (zh) * | 2014-02-12 | 2014-05-21 | 东华大学 | 一种钼酸钴与石墨烯纳米复合材料的制备方法 |
| CN204270885U (zh) * | 2014-12-31 | 2015-04-15 | 温州威斯康工业有限公司 | 自愈式干式低压电力电容器 |
| CN106159228A (zh) * | 2016-07-26 | 2016-11-23 | 广东工业大学 | 一种氮掺杂石墨烯‑金属氧化物纳米复合材料及其制备方法和应用 |
| CN108063258A (zh) * | 2017-12-26 | 2018-05-22 | 成都新柯力化工科技有限公司 | 一种提高锂电池硅电极循环稳定性的粘结剂的制备方法 |
| CN208507474U (zh) * | 2018-07-18 | 2019-02-15 | 广东意壳电子科技有限公司 | 一种降低系统emc的金属化薄膜电容器 |
-
2019
- 2019-08-22 CN CN201910776601.4A patent/CN110544588A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103043729A (zh) * | 2012-12-29 | 2013-04-17 | 南京理工大学 | 钼酸钴-石墨烯纳米复合物及其制备方法 |
| CN103811189A (zh) * | 2014-02-12 | 2014-05-21 | 东华大学 | 一种钼酸钴与石墨烯纳米复合材料的制备方法 |
| CN204270885U (zh) * | 2014-12-31 | 2015-04-15 | 温州威斯康工业有限公司 | 自愈式干式低压电力电容器 |
| CN106159228A (zh) * | 2016-07-26 | 2016-11-23 | 广东工业大学 | 一种氮掺杂石墨烯‑金属氧化物纳米复合材料及其制备方法和应用 |
| CN108063258A (zh) * | 2017-12-26 | 2018-05-22 | 成都新柯力化工科技有限公司 | 一种提高锂电池硅电极循环稳定性的粘结剂的制备方法 |
| CN208507474U (zh) * | 2018-07-18 | 2019-02-15 | 广东意壳电子科技有限公司 | 一种降低系统emc的金属化薄膜电容器 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| HAIFU HUANG ETC: "Facile synthesis of nitrogen-doped graphene on Ni foam for high-performance supercapacitors", 《J MATER SCI》 * |
| LV JINLONG ETC: "Synthesis of CoMoO4@RGO nanocomposites as high-performance", 《MICROPOROUS AND MESOPOROUS MATERIALS》 * |
| MANESH KUMAR ETC: "Facile hydrothermal synthesis of nanocomposites of nitrogen doped graphene with metal molybdates (NG-MMoO4) (M=Mn, Co, and Ni) for enhanced photodegradation of methylene blue", 《JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE:MATERIALS IN ELECTRONICS》 * |
| 苏鹏 等: "氮掺杂石墨烯的制备及其超级电容性能", 《物理化学学报》 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111899981A (zh) * | 2020-06-30 | 2020-11-06 | 太原理工大学 | 三维石墨烯泡沫为基底的钼酸钴纳米片阵列电极材料及其制备方法和应用 |
| CN113122877A (zh) * | 2021-04-16 | 2021-07-16 | 陕西科技大学 | 一种氮掺杂碳复合石墨烯包覆钴纳米阵列催化剂及其制备方法和应用 |
| CN113564631A (zh) * | 2021-07-14 | 2021-10-29 | 上海应用技术大学 | 一种P-Mo2S/NGAs复合材料及其制备方法与应用 |
| CN114835159A (zh) * | 2022-03-24 | 2022-08-02 | 浙江大学 | 铅炭电池用还原氧化石墨烯负载氧化铅复合材料的制备方法 |
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