多孔片状NiCo2O4/氮、硫共掺杂还原氧化石墨烯复合电极材料的制备方法及用途

摘要

本发明涉及多孔片状NiCo2O4/氮、硫共掺杂还原氧化石墨烯复合电极材料的制备方法及用途，该方法采用氮、硫共掺杂还原氧化石墨烯的制备、Co(OH)2‑Ni(OH)2/氮、硫共掺杂还原氧化石墨烯制备、NiCo2O4/氮、硫共掺杂还原氧化石墨烯制备和NiCo2O4/氮、硫共掺杂还原氧化石墨烯复合材料修饰电极材料制备步骤完成。本发明所述方法具有反应条件温和、易于控制、成本低等优势，所获得的NiCo2O4/氮、硫共掺杂还原氧化石墨烯复合修饰电极材料中三维结构的NiCo2O4全部附着在二维结构多孔片状还原氧化石墨烯的表面上，既提高了材料的导电性能，又增大了其与电解质溶液的接触面积，表现出了很高的比电容以及优异的电化学稳定性，可以很好的应用在多种重金属离子电化学传感器领域。

说明书

技术领域

本发明属于纳米复合材料制备领域，特别涉及一种多孔片状NiCo

背景技术

随着环境治理力度的加大，重金属离子检测的需求也越来越大。目前，电化学检测法相对于传统方法具有灵敏度高、适于痕量组分分析、操作简便、精确度高等优点，但也存在着易受杂质和流动相中溶解的氧气干扰、电极寿命有限、对温度和流速的变化比较敏感等缺陷。石墨烯具有许多其他传统碳材料和纳米碳材料所没有的优越性，凭借其独特的蜂窝网状二维空间结构，展现出超大的比表面积、良好的导电性、超高的物理结构稳定性等优异性能，成为电化学传感器的潜在电极材料。然而，制备的单层石墨烯片层极易堆积，且由于大比表面积和丰富的官能团，循环过程中电解质会在石墨烯表面发生分解。此外，石墨烯的实际容量小于理论容量，且衰减较快。

为解决存在的这一系列问题，将石墨烯和其他材料进行复合制作成石墨烯基复合电极材料成为现在电催化领域研究的热点和电极材料发展的一个方向。氮元素的引入可以增加石墨烯导电能力，同时可在石墨烯表面引起平面结构的改变，有利于减小石墨烯相互间的堆叠，使之成为过渡金属基催化剂的优良载体。钴酸镍比电容值大与石墨烯良好的导电性能的协同作用使其电化学活性得到提高，使得NiCo

本发明结合了还原氧化石墨烯二维平面结构与NiCo

发明内容

本发明目的在于，提供一种多孔片状NiCo

本发明所述的一种多孔片状NiCo

氮、硫共掺杂还原氧化石墨烯的制备：

a、预氧化石墨烯：

称取质量比1-3:1:1的石墨粉、过硫酸钾和五氧化二磷，量取10-20mL浓度为98％浓硫酸，打开油浴加热装置，先在烧杯中加入已称量的98％浓硫酸，打开搅拌装置，分3次将石墨粉加入浓硫酸中，搅拌10-30min后缓慢加入过硫酸钾，待搅拌均匀后，再将五氧化二磷缓慢加入，在油浴状态下温度60-100℃反应4-8h，反应结束后，室温下静置过夜，缓慢加水稀释使烧杯中的所有反应物成溶液状态，进行离心洗涤，直到离心后的溶液pH＝7，将离心后的产物真空干燥过夜，得到灰白色的预氧化石墨烯；

b、氧化石墨烯：

量取15-30mL浓硫酸在冰浴的条件下，打开搅拌装置，温度0℃保持10-30min，将步骤a得到的预氧化石墨1-3g搅拌10min后，将高锰酸钾3-5g分3次加入，在此过程中保持整个体系温度15℃，添加完毕后在温度15℃下反应2-4h，逐滴加入去离子水50-100mL，升温至20℃下反应2-4h，再次逐滴加入去离子水100-400mL和浓度为30％的过氧化氢3-8mL，反应0.5-2.0h，反应结束静置过夜，加入去离子水150-300mL，再逐滴加入浓盐酸30-60mL，再将整个反应体系离心，水洗至中性，冷冻干燥得到亮黄色的氧化石墨烯；

c、氮、硫共掺杂还原氧化石墨烯制备：

将步骤b得到的氧化石墨烯1-3mg·L

Co(OH)

d、按摩尔比1:2:3-9将Ni(NO

NiCo

e、将步骤d得到的Co(OH)

NiCo

f、将步骤e得到的NiCo

所制备样品中三维结构的NiCo

所述方法获得的NiCo

本发明所述的一种多孔片状NiCo

附图说明

图1为本发明实施例3中NiCo

图2为本发明实施例2中NiCo

具体实施方式

实施例1

氮、硫共掺杂还原氧化石墨烯的制备：

a、预氧化石墨烯：

称取质量比1:1:1的石墨粉、过硫酸钾和五氧化二磷，量取10mL浓度为98％浓硫酸，打开油浴加热装置，先在烧杯中加入已称量的98％浓硫酸，打开搅拌装置，分3次将石墨粉加入浓硫酸中，搅拌10min后缓慢加入过硫酸钾，待搅拌均匀后，再将五氧化二磷缓慢加入，在油浴状态下温度60℃反应4h，在此过程中可以加入少量的浓硫酸以保持烧杯中的反应体系一直是溶液状态，反应结束后，室温下静置过夜，缓慢加水稀释使烧杯中的所有反应物成溶液状态，进行离心洗涤，直到离心后的溶液pH＝7，将离心后的产物真空干燥过夜，得到灰白色的预氧化石墨烯；

b、氧化石墨烯：

量取15mL浓硫酸在冰浴的条件下，打开搅拌装置，温度0℃保持10-30min，将步骤a得到的预氧化石墨1g搅拌10min后，将高锰酸钾3g分3次加入，在此过程中保持整个体系温度15℃，添加完毕后在温度15℃下反应2h，逐滴加入去离子水50mL，升温至20℃下反应2h，再次逐滴加入去离子水100mL和浓度为30％的过氧化氢3mL，反应0.5h，反应结束静置过夜，加入去离子水150mL，再逐滴加入浓盐酸30mL，再将整个反应体系离心，水洗至中性，冷冻干燥得到亮黄色的氧化石墨烯；

c、氮、硫共掺杂还原氧化石墨烯制备：

将步骤b得到的氧化石墨烯1mg·L

Co(OH)

d、按摩尔比1:2:3将Ni(NO

NiCo

e、将步骤d得到的Co(OH)

NiCo

f、将步骤e得到的NiCo

实施例2

氮、硫共掺杂还原氧化石墨烯的制备：

a、预氧化石墨烯：

称取质量比2:1:1的石墨粉、过硫酸钾和五氧化二磷，量取10-20mL浓度为98％浓硫酸，打开油浴加热装置，先在烧杯中加入已称量的98％浓硫酸，打开搅拌装置，分3次将石墨粉加入浓硫酸中，搅拌30min后缓慢加入过硫酸钾，待搅拌均匀后，再将五氧化二磷缓慢加入，在油浴状态下温度100℃反应8h，在此过程中可以加入少量的浓硫酸以保持烧杯中的反应体系一直是溶液状态，反应结束后，室温下静置过夜，缓慢加水稀释使烧杯中的所有反应物成溶液状态，进行离心洗涤，直到离心后的溶液pH＝7，将离心后的产物真空干燥过夜，得到灰白色的预氧化石墨烯；

b、氧化石墨烯：

量取30mL浓硫酸在冰浴的条件下，打开搅拌装置，温度0℃保持30min，将步骤a得到的预氧化石墨3g搅拌10min后，将高锰酸钾5g分3次加入，在此过程中保持整个体系温度15℃，添加完毕后在温度15℃下反应4h，逐滴加入去离子水100mL，温度20℃下反应4h，再次逐滴加入去离子水400mL和浓度为30％的过氧化氢8mL，反应2.0h，反应结束静置过夜，加入去离子水300mL，再逐滴加入浓盐酸60mL，再将整个反应体系离心，水洗至中性，冷冻干燥得到亮黄色的氧化石墨烯；

c、氮、硫共掺杂还原氧化石墨烯制备：

将步骤b得到的氧化石墨烯3mg·L

Co(OH)

d、按摩尔比1:2:9将Ni(NO

NiCo

e、将步骤d得到的Co(OH)

NiCo

f、将步骤e得到的NiCo

实施例3

氮、硫共掺杂还原氧化石墨烯的制备：

a、预氧化石墨烯：

称取质量比3:1:1的石墨粉、过硫酸钾和五氧化二磷，量取15mL浓度为98％浓硫酸，打开油浴加热装置，先在烧杯中加入已称量的98％浓硫酸，打开搅拌装置，分3次将石墨粉加入浓硫酸中，搅拌20min后缓慢加入过硫酸钾，待搅拌均匀后，再将五氧化二磷缓慢加入，在油浴状态下温度80℃反应6h，在此过程中可以加入少量的浓硫酸以保持烧杯中的反应体系一直是溶液状态，反应结束后，室温下静置过夜，缓慢加水稀释使烧杯中的所有反应物成溶液状态，进行离心洗涤，直到离心后的溶液pH＝7，将离心后的产物真空干燥过夜，得到灰白色的预氧化石墨烯；

b、氧化石墨烯：

量取20mL浓硫酸在冰浴的条件下，打开搅拌装置，温度0℃保持20min，将步骤a得到的预氧化石墨2g搅拌10min后，将高锰酸钾4g分3次加入，在此过程中保持整个体系温度15℃，添加完毕后在温度15℃下反应3h，逐滴加入去离子水80mL，升温至20℃下反应3h，再次逐滴加入去离子水200mL和浓度为30％的过氧化氢5mL，反应1.0h，反应结束静置过夜，加入去离子水200mL，再逐滴加入浓盐酸40mL，再将整个反应体系离心，水洗至中性，冷冻干燥得到亮黄色的氧化石墨烯；

c、氮、硫共掺杂还原氧化石墨烯制备：

将步骤b得到的氧化石墨烯2mg·L

Co(OH)

d、按摩尔比1:2:6将Ni(NO

NiCo

e、将步骤d得到的Co(OH)

NiCo

f、将步骤e得到的NiCo

实施例4

将实施例1-3任意一种制备的一种多孔片状NiCo

i-t富集时间结束后，立即停止对电解池中溶液的搅拌，静置30s后，在工作电极上加载一个电压范围为-1.2V～0.6V的正向扫描电压，富集在工作电极上的镉、铜、汞单质被氧化为镉、铜、汞离子，溶出回到电解缓冲溶液中，由电化学工作站记录电流-电压的变化情况，得到电流-电压曲线，测定不同镉、铜、汞浓度下的阳极溶出峰电流，得到铅、铜、汞离子浓度与峰电流之间的线性关系用于定量检测待测铅、铜、汞离子的浓度，如图2所示。

本发明所述方法得到多孔片状NiCo