本發(fā)明屬于納米復(fù)合材料制備領(lǐng)域，具體是涉及一種氮摻雜石墨烯/鐵酸銅納米復(fù)合材料及其的制備。

背景技術(shù)：
自2004年英國曼徹斯特大學(xué)的安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖羅夫兩位科學(xué)家發(fā)現(xiàn)并制備了石墨烯，但是當(dāng)時的制備方法是通過簡單的機械剝離法。而石墨烯的性能引起了廣泛的重視，所以需要大量的石墨烯，簡單的機械剝離已經(jīng)無法滿足石墨烯的需求量。目前，石墨烯的制備方法有很多種，但制備出的石墨烯存在著相應(yīng)的缺陷，破壞了其完美六元環(huán)的結(jié)構(gòu)，使其性能降低，限制了其廣泛應(yīng)用。為了減少缺陷，對石墨烯的制備，修飾摻雜或者復(fù)合成為研究的熱點。KlausMüllen等人通過水熱法在石墨烯的表面同時摻雜了氮、硼（Three-DimensionalNitrogenandBoronCo-dopedGrapheneforHigh-PerformanceAll-Solid-StateSupercapacitors.AdvancedMaterials2012,24(37):5130-5135.）；中國專利（CN103274393A、CN102760866A、CN103359708A、CN103359711A及CN102167310A等）通過不同的化學(xué)方法引入了氮源，制備了氮摻雜石墨烯，其中很多制備方法面臨著生產(chǎn)成本高、反應(yīng)所需設(shè)備復(fù)雜、反應(yīng)條件苛刻、產(chǎn)量低等問題；雖然獲得的氮摻雜石墨烯與石墨烯相比，提高了其導(dǎo)電性能，但是如將其作為超級電容器的電極材料，其電化學(xué)性能（如比電容）遠遠無法滿足實際應(yīng)用的要求。鐵酸銅由于對環(huán)境無污染，且比較穩(wěn)定而被廣泛應(yīng)用的電極材料（FacileFabricationofHierarchicallyPorousCuFe2O4NanosphereswithEnhancedCapacitanceProperty.ACSAppliedMaterials&Interfaces,2013.5(13):6030-6037.）。但鐵酸銅因自身的結(jié)構(gòu)而存在著相應(yīng)的缺陷。為了使其性能提高，將氮摻雜石墨烯與鐵酸銅進行復(fù)合，目前，氮摻雜石墨烯/鐵酸銅還未見報道。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對要解決的缺陷問題，本發(fā)明的目的是提供一種簡單的合成氮摻雜石墨烯/鐵酸銅納米復(fù)合材料及其制備方法，所得到復(fù)合材料能夠通過協(xié)同效應(yīng)，彌補各自的缺陷，使性能最優(yōu)化，且該制備方法合成工藝簡單，成本較低廉，適合于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種氮摻雜石墨烯/鐵酸銅納米復(fù)合材料，所述復(fù)合材料由基體材料氮摻雜石墨烯和鐵酸銅組成，其中，基體材料氮摻雜石墨烯與鐵酸銅的質(zhì)量比為1:5～1:10；所述的基體材料氮摻雜石墨烯中氮的摻雜量為1～2%。一種氮摻雜石墨烯/鐵酸銅納米復(fù)合材料的制備方法包括如下步驟：第一步：將氧化石墨在混合溶劑中超聲一段時間，得到分散均勻的氧化石墨烯溶液；第二步：將一定量的硝酸鐵和硝酸銅加入上述混合溶劑中，并攪拌致其完全溶解；第三步：將尿素加入到第三步所得到混合體系中，再次攪拌，使其分散均勻，其中尿素與氧化石墨的質(zhì)量比為100:1～200:1；第四步：將上述混合均勻的混合溶液轉(zhuǎn)移至水熱釜中，在120～200℃下進行水熱反應(yīng)；第五步：將產(chǎn)物進行離心分離，并多次洗滌、干燥后獲得氮摻雜石墨烯/鐵酸銅納米復(fù)合材料。步驟一中所述的混合溶劑為無水乙醇和去離子水，所述的無水乙醇和去離子水的體積比為1:1～1:4，超聲分散時間為3h。步驟二中所述的硝酸鐵和硝酸銅的摩爾比為2:1，鐵酸銅與氧化石墨的質(zhì)量比為5:1～10:1，攪拌分散時間為5～30min。步驟三中所述的攪拌時間為30～60min。步驟四中所述的溶劑熱反應(yīng)的反應(yīng)時間為12～20h。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：（1）本發(fā)明合成工藝簡單，生產(chǎn)成本低，利于低成本的大規(guī)模生產(chǎn)，且反應(yīng)試劑無毒，對環(huán)境污染?。唬?）采用尿素對氧化石墨烯進行還原，在還原的同時，在石墨烯的表面摻雜了氮原子，氮原子的摻雜改變了石墨烯表面化學(xué)性質(zhì)，彌補了化學(xué)法制備石墨烯存在的表面缺陷同時，尿素提供的堿性，使鐵酸銅在氮摻雜石墨烯的表面形成，同時鐵酸銅納米粒子能夠進一步阻止石墨烯層與層之間的堆積團聚，提高復(fù)合材料的電化學(xué)性能所以將氮摻雜石墨烯與鐵酸銅復(fù)合在一起，充分發(fā)揮兩者的優(yōu)勢，改善各自的缺陷，從而獲得電化學(xué)性能優(yōu)異的電極材料。附圖說明附圖1是本發(fā)明實施例1所制備的氮摻雜石墨烯/鐵酸銅納米復(fù)合材料的TEM照片。附圖2是本發(fā)明實施例2所制備的氮摻雜石墨烯/鐵酸銅納米復(fù)合材料的TEM照片。附圖3是本發(fā)明實施例2所制備的氮摻雜石墨烯/鐵酸銅納米復(fù)合材料的XPS光譜圖（a）及結(jié)構(gòu)表征Raman光譜圖（b）。附圖4是本發(fā)明實施例3所制備的氮摻雜石墨烯/鐵酸銅納米復(fù)合材料的電化學(xué)性能表征循環(huán)伏安測試圖。具體實施方式下面主要結(jié)合具體實施例對氮摻雜石墨烯/鐵酸銅納米復(fù)合材料的制備方法作進一步詳細(xì)的說明。實施實例1：氮摻雜量為1%的氮摻雜石墨烯/鐵酸銅納米復(fù)合材料（氧化石墨與鐵酸銅質(zhì)量比為1:5）的制備方法，具體包括以下步驟：第一步，將含量為100mg的氧化石墨在100mL混合溶劑（1:1）中超聲3h得到分散均勻的氧化石墨烯溶液；第二步，將1.6888g硝酸鐵和0.5050g硝酸銅加入到上述混合液中，攪拌分散5min；第三步，將10g尿素加入到所得到分散均勻的混合液中，并再次攪拌分散30min，使其混合均勻；第四步，將上述混合均勻的混合溶液轉(zhuǎn)移至水熱釜中進行溶劑熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度為120℃，反應(yīng)時間為20h；第五步：將產(chǎn)物進行離心分離，并多次洗滌、干燥后獲得氮摻雜石墨烯/鐵酸銅納米復(fù)合材料。其TEM照片如附圖1所示，鐵酸銅納米粒子分布在氮摻雜石墨烯的表面。實施實例2：氮摻雜量為1.5%的氮摻雜石墨烯/鐵酸銅納米復(fù)合材料（氧化石墨與鐵酸銅質(zhì)量比為1:8）的制備方法，具體包括以下步驟：第一步，將含量為100mg的氧化石墨在100mL混合溶劑（1:2）中超聲3h得到分散均勻的氧化石墨烯溶液；第二步，將2.7021g硝酸鐵和0.8079g硝酸銅加入到上述混合液中，攪拌分散20min；第三步，將15g尿素加入到所得到分散均勻的混合液中，并再次攪拌分散40min，使其混合均勻；第四步，將上述混合均勻的混合溶液轉(zhuǎn)移至水熱釜中進行溶劑熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度為180℃，反應(yīng)時間為18h；第五步：將產(chǎn)物進行離心分離，并多次洗滌、干燥后獲得氮摻雜石墨烯/鐵酸銅納米復(fù)合材料。其TEM照片如附圖2所示，從圖中可以看到鐵酸銅納米粒子分布在氮摻雜石墨烯的表面，負(fù)載量比圖1多。如圖3（a）XPS所示，圖中含有有碳，氧，氮及鐵和銅五種元素，說明了氮元素的成功摻雜，及鐵酸銅的存在；附圖3（b）為氮摻雜石墨烯/鐵酸銅納米復(fù)合材料的Raman光譜圖，從圖中的拉曼峰可以確定所制備的復(fù)合材料即為氮摻雜石墨烯/鐵酸銅納米復(fù)合材料。實施實例3：氮摻雜量為2%的氮摻雜石墨烯/鐵酸銅納米復(fù)合材料（氧化石墨與鐵酸銅質(zhì)量比為1:10）的制備方法，具體包括以下步驟：第一步，將含量為100mg的氧化石墨在100mL混合溶劑（1:4）中超聲3h得到分散均勻的氧化石墨烯溶液；第二步，將3.3777g硝酸鐵和1.0099g硝酸銅加入到上述混合液中，攪拌分散30min；第三步，將20g尿素加入到所得到分散均勻的混合液中，并再次攪拌分散60min，使其混合均勻；第四步，將上述混合均勻的混合溶液轉(zhuǎn)移至水熱釜中進行溶劑熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度為200℃，反應(yīng)時間為12h；第五步：將產(chǎn)物進行離心分離，并多次洗滌、干燥后獲得氮摻雜石墨烯/鐵酸銅納米復(fù)合材料。附圖4為氮摻雜石墨烯/鐵酸銅二元電極材料的電化學(xué)性能表征圖。電化學(xué)性能測試在1MKOH中利用三電極體系進行，從圖中可以看到，當(dāng)掃速從1～100mV/s變化時，其曲線的形狀基本維持不變，說明氮摻雜石墨烯/鐵酸銅電極材料具有著優(yōu)異的倍率特性，切此電極材料與單組份的相比有著較高的比電容，其比電容高達378F/g。