[发明专利]一种Fe3O4/多孔石墨烯复合材料的制备方法在审
申请号: | 201910398615.7 | 申请日: | 2019-05-14 |
公开(公告)号: | CN110092420A | 公开(公告)日: | 2019-08-06 |
发明(设计)人: | 李平;刘颖;韩坤;谭奇伟;何冬林;赵汪;曲选辉 | 申请(专利权)人: | 北京科技大学 |
主分类号: | C01G49/08 | 分类号: | C01G49/08;C01B32/184;B82Y30/00 |
代理公司: | 北京市广友专利事务所有限责任公司 11237 | 代理人: | 张仲波 |
地址: | 100083*** | 国省代码: | 北京;11 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 复合材料 制备 多孔石墨 石墨烯复合材料 混合溶液 纳米颗粒 聚乙烯吡咯烷酮 功能纳米材料 生产周期 高温烧结 互相连接 环境友好 结构稳定 可重复性 三维骨架 石墨烯基 氧化气氛 原位生长 研磨 干燥箱 硝酸铁 储能 水中 吸波 修饰 保温 离子 坍塌 溶解 澄清 应用 | ||
一种Fe3O4/石墨烯复合材料的制备方法,属于功能纳米材料领域。所述方法包括:硝酸铁和聚乙烯吡咯烷酮溶解在去离子水中经过搅拌配成澄清的混合溶液;然后将所得的混合溶液置于干燥箱中保温直至完全干燥,研磨成粉末;最后将粉末置于氧化气氛下进行高温烧结,得到Fe3O4修饰多孔石墨烯框架复合材料。所述的复合材料是由纳米颗粒Fe3O4和多孔石墨烯框架构成的复合材料,其中Fe3O4纳米颗粒均匀地原位生长在由多孔石墨烯片互相连接构成的三维骨架中,结构稳定,不易坍塌。本发明制备方法新颖简单,环境友好,生产周期短,成本低,可重复性强且可大规模制备,对石墨烯基复合材料的制备具有重要借鉴作用,同时,所得的Fe3O4/石墨烯复合材料在储能、吸波等领域具有广阔的应用前景。
技术领域
本发明属于功能纳米材料领域,具体涉及一种Fe3O4/石墨烯复合材料的制备方法。
背景技术
2004年,英国曼彻斯特大学的Geim和Novoselov首次发现了一种新型碳纳米材料—石墨烯。该材料是由一层碳原子以sp2杂化轨道按蜂巢晶格排列构成的二维碳纳米材料,具有独特的电子(电学)性质、热学性质、光学性质等,在化学、物理学和材料学等领域表现出良好的应用前景。传统石墨烯的合成方法主要有机械剥离法,化学剥离法,化学气相沉积法以及电解法等。但这些方法制备的石墨烯的产率低,且合成条件严苛,只适合于实验室研究,不利于大规模生产。随着研究的不断深入,人们发现纳米尺寸的石墨烯复合材料的制备和应用具有广阔的前景,利用简单,低成本的制备方法将石墨烯与多种基体材料形成多元复合材料,既适用于大规模生产,又可以提升单一材料的性能,扩展其使用范围。
铁基材料由于丰富的原料来源、无环境污染、安全性好、电化学性能较优以及优异的磁学性质等得到研究者的重视。在铁基材料中,Fe3O4具有独特的物理化学性质,如表面效应、体积效应、量子尺寸效应及磁学特性等,在光学、力学、电学和磁学方面有着广泛的应用。研究发现,将Fe3O4修饰多孔石墨烯框架复合材料会进一步提升单一材料的物理化学性质,从而扩展其在能源材料、磁材料、光材料等多个领域的应用。因此,研究控制合成Fe3O4修饰多孔石墨烯框架复合材料具有重要的理论和实际意义。目前,关于三维石墨烯材料的合成制备已经有所报道,但关于Fe3O4修饰三维石墨烯复合材料的合成鲜有报道。因此,控制合成出具有特殊形貌的Fe3O4修饰三维石墨烯的复合材料,对于石墨烯铁基复合材料的发展具有极其重要的意义。经文献调研,未见通过高温化学氧化发泡法制备Fe3O4/三维石墨烯复合材料的报道。
发明内容
本发明提供了一种低成本、简单、高效、规模化制备Fe3O4/三维石墨烯复合材料的方法,本发明的材料通过将具有高理论容量的Fe3O4颗粒与高导电性材料石墨烯复合,作为锂离子和钾离子电池的负极材料,实现了优异的电化学性能;并通过将强介电损耗材料石墨烯与磁损耗材料的纳米颗粒Fe3O4复合,作为吸波材料,实现了宽的吸波频段及高的吸波强度,满足实际使用的需求。
本发明的复合材料由纳米颗粒Fe3O4和多孔石墨烯框架复合而成,其中纳米颗粒Fe3O4均匀地负载在石墨烯互相连接构成的框架的孔隙中,结构稳定,不易坍塌;所述的纳米颗粒尺寸为10~80nm之间且呈分散状态,形貌为球状或近球状,均匀负载于石墨烯片层结构中。
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