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《材料导报》 2019年18期
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低缺陷密度石墨烯与Co_3O_4复合材料的制备及电化学性能

王永亮  王春锋  马荣鑫  韩志东  
【摘要】:Co_3O_4/石墨烯复合材料以其较高的比电容和良好的稳定性成为研究的热点。该材料研究中大多采用含官能团较多及分散性较好的氧化石墨烯,然而氧化石墨烯的缺陷较多,将其用于制备复合材料会限制复合材料电化学性能的提高。此外,复合材料制备往往涉及将氢氧化钴/氧化石墨烯复合物热处理获得Co_3O_4/石墨烯复合材料的过程。本工作选用了机械剥离法制备低缺陷密度石墨烯纳米片(Graphene nanoplatelets,GNP),实现了石墨烯纳米片与钴离子均匀稳定的分散,进而采用一步法(无需煅烧)制备Co_3O_4/GNP复合材料,探讨了Co_3O_4/GNP复合材料的相关性能。机械剥离法制备的GNP的碳原子层数约为5层,层间距为3. 6,且拉曼光谱中ID/I G比值仅为0. 07,表明机械剥离法制备的GNP比还原法制备的氧化石墨烯具有较低的缺陷密度。以H2O2为氧化剂,采用一步法制备了Co_3O_4/GNP复合材料。Co_3O_4纳米颗粒以方形为主,平均粒径约为12 nm,且均匀负载于GNP片层。电化学研究结果表明,当m(Co_3O_4)∶m(GNP)=8∶1时,Co_3O_4/GNP复合材料具有最优的比电容值,达到了542 F·g~(-1),内阻仅为1. 57Ω。复合材料的内阻与GNP的添加量成反比,当m(Co_3O_4)∶m(GNP)=3∶1时,复合材料的内阻仅为0. 89Ω。本工作创新性地实现了一步法制备Co_3O_4/GNP复合材料。机械剥离法制备石墨烯确保了GNP具有低缺陷密度,一步法确保了Co_3O_4纳米颗粒均匀负载于GNP表面。优化Co_3O_4和GNP配比,制得的复合材料的比电容可达542 F·g~(-1) 。

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