[发明专利]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

说明书

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。

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℃。