本發明涉及復合納米材料,尤其涉及一種納米zno-石墨烯復合材料的制備方法
背景技術:
1、金屬化合物與石墨烯用不同的方法制備得到的復合材料,主要用于超級電容器、電池等領域,金屬化合物包括金屬氧化物、金屬氫氧化物、金屬硫化物等。其中氧化鋅/石墨烯復合材料擁有氧化鋅和石墨烯兩者的優點。氧化鋅具有優異的電學、光學、化學性能使它在光電,太陽能電池,場發射,氣敏等領域具有應用前景。石墨烯具有良好的電學、力學、光學和熱學性質。理想的單層石墨烯具有超大的比表面積(2630m2/g),是極具潛力的儲能材料。石墨烯具有良好的導電性,其電子的運動速度達到了光速的1/300,遠遠超過了電子在一般導體中的運動速度。
2、但現有的氧化鋅-石墨烯復合材料在作為電池負極使用時,在充放電循環過程中,體積易發生膨脹和收縮,引起晶粒破碎,導致電極的破壞,減少了電極的循環壽命,并且其在脫插反應時容易“團聚”,致使初始不可逆容量增大,最終導致容量減小。
技術實現思路
1、為了解決上述問題,本發明第一方面提供了一種納米zno-石墨烯復合材料的制備方法,所述制備方法包括以下步驟:
2、s1,將氧化石墨烯加入到聚乙二醇水溶液中,超聲混合均勻得氧化石墨烯懸浮液;
3、s2,將改性納米氧化鋅、分散劑、酞酸酯偶聯劑加入到氧化石墨烯懸浮液中,超聲分散,加入沉淀劑,機械攪拌,得混合液;
4、s3,將上述混合液轉移至水熱反應釜中,洗滌、干燥;
5、s4,對步驟s3后的材料進行煅燒。
6、作為一種優選的技術方案,所述制備方法具體包括以下步驟:
7、s1,將氧化石墨烯加入到聚乙二醇水溶液中,超聲混合均勻得氧化石墨烯懸浮液;
8、s2,將改性納米氧化鋅、分散劑、酞酸酯偶聯劑加入到氧化石墨烯懸浮液中,超聲分散0.5-1h,加入沉淀劑,機械攪拌1-2h,得混合液;
9、s3,將上述混合液轉移至水熱反應釜中,150~400℃反應4-28h,用純水和乙醇交替洗滌2~4次、干燥;
10、s4,將步驟s3干燥后的材料進行煅燒處理,200~800℃溫度下,通入惰性氣體煅燒2-10h,即得納米zno-石墨烯復合材料。
11、作為一種優選的技術方案,在步驟s1中,所述氧化石墨烯的氧含量為30~40%。
12、作為一種優選的技術方案,所述氧化石墨烯的厚度為0.55~1.2nm,直徑為0.5~3μm。
13、作為一種優選的技術方案,在步驟s1中,所述聚乙二醇為peg-200、peg-400、peg-600、peg-800、peg-1000中的至少一種。
14、作為一種優選的技術方案,在步驟s1中,所述氧化石墨烯懸浮液的濃度為0.01~0.5mg/ml。
15、作為一種優選的技術方案,在步驟s2中,所述改性納米氧化鋅為氧化鋅摻雜氧化鋁。
16、作為一種優選的技術方案,所述氧化鋅摻雜氧化鋁化合物中,氧化鋅與氧化鋁的質量比為97~99%:3~1%。
17、作為一種優選的技術方案,所述氧化石墨烯與改性納米氧化鋅的質量比為1:5~10。
18、作為一種優選的技術方案,在步驟s2中,所述沉淀劑為氨水、碳酸銨、尿素中的至少一種。
19、有益效果
20、1、本發明制得的納米zno-石墨烯復合材料的結構穩定,粒度均勻。
21、2、本發明制得的納米zno-石墨烯復合材料具有高的導電性,具有超優異的高倍率性能以及良好循環穩定性,是非常理想的鋅基電池負極材料,可廣泛應用于各種便攜式電子設備、電動汽車以及航空航天等領域。
22、3、本發明的制備方法工藝簡單,反應時間短,產率高,便于大規模量產,所制得的納米zno-石墨烯復合材料結構均勻穩定。
23、4、本發明制備方法中,酞酸酯偶聯劑和分散劑的使用,可以使納米氧化鋅和氧化石墨烯分散更均勻,解決“團聚”問題;結合本體系中其他組分以及該特定的制備方法,使得該復合材料的結構更為穩定,減少了對電極的破壞,提高了循環壽命。
1.一種納米zno-石墨烯復合材料的制備方法,其特征在于,所述制備方法包括以下步驟:
2.根據權利要求1所述的納米zno-石墨烯復合材料的制備方法,其特征在于,所述制備方法具體包括以下步驟:
3.根據權利要求1或2所述的納米zno-石墨烯復合材料的制備方法,其特征在于,在步驟s1中,所述氧化石墨烯的氧含量為30~40%。
4.根據權利要求3所述的納米zno-石墨烯復合材料的制備方法,其特征在于,所述氧化石墨烯的厚度為0.55~1.2nm,直徑為0.5~3μm。
5.根據權利要求1或2所述的納米zno-石墨烯復合材料的制備方法,其特征在于,在步驟s1中,所述聚乙二醇為peg-200、peg-400、peg-600、peg-800、peg-1000中的至少一種。
6.根據權利要求1或2所述的納米zno-石墨烯復合材料的制備方法,其特征在于,在步驟s1中,所述氧化石墨烯懸浮液的濃度為0.01~0.5mg/ml。
7.根據權利要求1或2所述的納米zno-石墨烯復合材料的制備方法,其特征在于,在步驟s2中,所述改性納米氧化鋅為氧化鋅摻雜氧化鋁。
8.根據權利要求7所述的納米zno-石墨烯復合材料的制備方法,其特征在于,所述氧化鋅摻雜氧化鋁化合物中,氧化鋅與氧化鋁的質量比為97~99%:3~1%。
9.根據權利要求1或2所述的納米zno-石墨烯復合材料的制備方法,其特征在于,所述氧化石墨烯與改性納米氧化鋅的質量比為1:5~10。
10.根據權利要求1或2所述的納米zno-石墨烯復合材料的制備方法,其特征在于,在步驟s2中,所述沉淀劑為氨水、碳酸銨、尿素中的至少一種。