[发明专利]硒化锰/还原氧化石墨烯纳米复合材料制备方法及其应用

说明书

本发明提供硒化锰/还原氧化石墨烯纳米复合材料制备方法及其应用。先以锰粉、硒粉为原料，采用直流电弧法制备出硒化锰纳米颗粒，再将均匀混合的硒化锰纳米颗粒与氧化石墨烯悬浊液冷冻干燥，然后将其在5％NH₃/Ar混合气体氛围中煅烧，即可得硒化锰/还原氧化石墨烯纳米复合材料。本发明还公开了其在超级电容器方面的应用，将硒化锰/还原氧化石墨烯纳米复合材料涂覆在泡沫镍上，在1A/g的电流密度下，其质量比电容为176.6F/g。

技术领域

本发明属于无机纳米材料制备的技术领域，特别涉及了一种制备硒化锰/还原氧化石墨烯纳米复合材料的方法。

背景技术

复合材料是指采用材料制备技术将不同性质的两种或多种材料优化组合而成的新材料。它不仅能保持各组分材料性能的优点，还能通过各组分性能的互补和关联克服单一组成材料的缺陷，并获得优于单一组分材料的综合性能。

石墨烯是一种由单层碳原子紧密堆积成的二维蜂窝状晶格结构的多功能材料。它具有较大的比表面积、卓越的导电性，在电化学领域具有重要的应用前景。但由于石墨烯片层间存在极强的范德华力，使石墨烯在应用时易发生堆叠团聚，导致其有效面积降低，影响其电化学性能。将纳米材料与石墨烯进行复合，能有效阻止石墨烯堆叠团聚，增加比表面积，且二者复合可以同时保留纳米材料和石墨烯材料的特性并提升材料电化学性能。例如，Li等人采用溶剂热法所制备的ZnMn₂O₄/rGO复合电极材料在2A/g的电流密度下比电容为763.4F/g(Journal of Light Industry，2020，35(03)，44-51)；Li等人采用共沉淀法制备的CoMn₂O₄/rGO复合电极材料具有较好的电化学性能(J.Chin.Ceram.Soc.,2021，49(01)，167-173)。

硒化锰是一种典型的过渡金属硒化物，共有三种晶体结构：α-MnSe(岩盐矿结构)，β-MnSe(纤锌矿结构)和γ-MnSe(闪锌矿结构)，其中α相是热力学最稳定的相。硒化锰具有良好的导电性，主要应用在电容器电极材料、钠离子电池电极材料、稀磁半导体材料、温差电材料和太阳能电池等方面。目前MnSe的制备方法有溶剂热法、水热法、化学气相沉积法等。例如，Javed等人采用溶剂热合成法制备出α-MnSe纳米微花(Chem.Eng.J.，2020，382，122814)；Sahoo等人采用水热法合成出α-MnSe纳米颗粒(Electrochim.Acta，2018，268,403-410)。但以上方法相较于直流电弧法具有原材料复杂、合成时间长、环境不友好等缺点。将硒化锰纳米材料与石墨烯进行复合，能够有效阻止石墨烯堆叠，同时也能使硒化锰纳米材料分散开，增加比表面积，且二者复合可以提升材料导电性，增大电极电容，从而提升其电化学性能。

发明内容

本发明主要提供一种硒化锰/还原氧化石墨烯纳米复合材料的制备方法，此方法生产成本低、操作简单，且合成产物产量高、纯度高，可用作超级电容器电极材料。

本发明具体技术方案如下：

1.首先将锰粉、硒粉按1：1的摩尔比混合，然后将混合粉末充分研磨使其混合均匀且颗粒大小相近。研磨后将混合粉末放入定制的压片模具中，并将模具放入压片装置中，粉末被压制成圆柱形块体。

2.将块体放入阳极铜锅中，并将阴极钨棒垂直固定于铜锅上，且使其尖端在块体中心位置，密封反应室。

3.将反应室气压抽至小于10Pa，然后通入氩气反复洗气两次以上，洗气结束后通入氩气，使反应室内气体压强保持在10-60kPa。启动设备的冷却循环系统，打开直流弧焊机开关，设置电流参数为60-160A，反应10-15min后，关闭直流弧焊机开关，终止反应，经冷却钝化后在顶盖和水冷壁处得到纯净的硒化锰纳米颗粒。

4.将硒化锰纳米颗粒配制成浓度为2g/L的悬浊液，并将其与0.5g/L的氧化石墨烯悬浊液按体积比1:(0.5-2)混合，超声分散后放在磁力搅拌器上搅拌。