[发明专利]一种三维花状氢氧化钴-石墨烯复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种三维花状氢氧化钴‑石墨烯复合材料及其制备方法。所述三维花状氢氧化钴‑石墨烯复合材料中，花状氢氧化钴均匀的分布在石墨烯表面上。本发明的具体步骤如下：首先将氧化石墨烯分散液和醋酸钴溶液混合并进行超声分散，然后加入氨水；然后将所得氢氧化钴‑氧化石墨烯混合溶液移入高压水热反应釜中进行水热反应，反应结束后，自然冷却至室温得到反应液；最后将反应液离心，洗涤、真空干燥得到三维花状氢氧化钴‑石墨烯复合材料。本发明制备方法简单可靠、成本低廉、环保，得到的三维花状氢氧化钴‑石墨烯材料复合材料比容量高达480F/g，循环稳定性和倍率性能良好。

技术领域

本发明涉及一种三维花状氢氧化钴-石墨烯复合材料及其制备方法，属于能源存储材料制备技术领域。

背景技术

化石能源枯竭和全球气候变暖使人们对可再生能源的利用日益重视，大力发展清洁能源成为不可逆转的趋势。高效的能量储存和转换技术是可再生能源利用的关键技术之一，超级电容器也称电化学电容器，是一类性能介于物理电容器和传统电池之间的新型储能器件，兼有物理电容器高比功率和电池高比能量的特点。由于具有功率密度高、循环寿命长、能瞬间大电流快速充放电、工作电压范围宽、安全、无污染等特点。超级电容器在电动汽车、不间断电源、航空航天、军事等诸多领域有广阔的应用前景，引起了国内外研究者的广泛关注，成为当前化学电源领域的研究热点之一。

近年来，研究发现氢氧化钴由于具有独特的空间交错的纳米片状结构、良好的氧化还原反应活性，可通过不同的制备方法来调控其性能以及其在电化学方面的优良性能，因此在超级电容器电极材料的应用方面具有潜在的价值。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供简单制备一种三维花状氢氧化钴-石墨烯复合材料及其制备方法。本发明得到的复合材料中，氢氧化钴具有三维微米的多孔花状的结构，其均匀分散于石墨烯表面，在超级电容器方面展现出很好的应用前景。

本发明的技术方案具体介绍如下。

本发明提供一种三维花状氢氧化钴-石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)按照质量体积比为1:5～3:2mg/mL，将氧化石墨烯加入到去离子水中超声分散，得到氧化石墨烯分散液；

(2)按照质量体积比为10:1～40:1mg/mL，将醋酸钴加入到去离子水中进行超声分散，得到醋酸钴溶液；

(3)将氧化石墨烯分散液和醋酸钴溶液混合并进行超声分散，然后加入氨水，得到氢氧化钴-氧化石墨烯混合溶液；其中：氧化石墨烯和醋酸钴的质量比为1:100-1:20，醋酸钴和氨水的质量比为5:1-1:1；

(4)将步骤(3)得到的氢氧化钴-氧化石墨烯混合溶液移入高压水热反应釜中进行水热反应，反应结束后，自然冷却至室温得到反应液；

(5)将步骤(4)所得的反应液离心，然后分别用去离子水和无水乙醇多次洗涤至流出液呈中性，最后真空干燥得到三维花状氢氧化钴-石墨烯复合材料。

本发明中，步骤(1)、(2)、(3)中，超声均在室温条件下进行，超声功率为700-800w，超声时间为30-90min。

本发明中，步骤(3)中，氧化石墨烯和醋酸钴的质量比为1:100～1:40，醋酸钴和氨水的质量比为5:1-2:1。

本发明中，步骤(4)中，水热温度为100-180℃，水热时间为12-18h。

本发明中，步骤(4)中，水热温度为150-180℃，水热时间为12-15h。

本发明中，步骤(5)中，真空干燥温度为60-80℃，干燥时间10-12h。

本发明还提供一种上述制备方法制得的三维花状氢氧化钴-石墨烯复合材料，其由石墨烯和氢氧化钴组成，氢氧化钴为三维花状结构，均匀的分布在石墨烯表面。