一种石墨烯负载铁氧化物的制备方法和复合材料及其应用
阅读说明：本技术 一种石墨烯负载铁氧化物的制备方法和复合材料及其应用 (Preparation method of graphene-loaded iron oxide, composite material and application of composite material ) 是由 朱守圃 孟晓茹 黄景瑞 林孟昌 于 2021-07-22 设计创作，主要内容包括：本发明属于石墨烯材料复合技术领域,公开了一种简单、安全并且环境友好的制备石墨烯负载铁氧化物的方法和复合材料及其应用,在一定的温度下将石墨烯在含氧气氛中进行热处理使得石墨烯附着含氧基团,然后通过石墨烯表面附着的含氧基团与铁氧化物前驱体间的静电作用力将铁氧化物前驱体附着于石墨烯表面,进而转化为铁氧化物,获得石墨烯负载铁氧化物复合物。石墨烯中的含氧量经过热处理得到大幅提高,达到10wt.％以上,铁氧化物的前驱体以纳米粒子或离子的形式在石墨烯表面均一的附着,含量可以高达75wt.％。由此获得的石墨烯负载铁氧化物的复合材料用于锂离子电池中,能够明显提高循环容量,且仍保持了较高的库伦效率和较好的循环稳定性。(The invention belongs to the technical field of graphene material compounding, and discloses a method for preparing graphene-supported iron oxide, a composite material and application thereof, wherein the method is simple, safe and environment-friendly. The oxygen content in the graphene is greatly improved by heat treatment to more than 10 wt.%, and the precursor of the iron oxide is uniformly attached to the surface of the graphene in the form of nanoparticles or ions, and the content can be as high as 75 wt.%. The graphene iron oxide-loaded composite material obtained by the method is used in a lithium ion battery, can obviously improve the cycle capacity, and still maintains higher coulombic efficiency and better cycle stability.)
技术领域
本发明属于材料制备技术领域，涉及一种石墨烯材料复合技术工艺，特别是涉及一种石墨烯与铁氧化物复合的制备方法。
背景技术
继水污染、空气污染、噪声污染、固体废弃物污染后，“看不见、闻不到、摸不着”的电磁辐射已成为第五大污染，它不仅对人体的健康带来危害，也影响电子设备的正常功能和寿命，此外还将引起涉密信息的泄露，而对发射出的电磁波的反射还会出现军用飞机和设备等目标的暴露等问题。因此，电磁兼容技术的发展已经成为迫切的需求。基于石墨烯的电子导电性高、密度低、耐腐蚀、耐高温、比表面积大和机械性好等特性，其在电磁兼容领域得到了广泛的研究关注。将磁性的纳米颗粒负载于片层结构的石墨烯上，磁性纳米颗粒将使复合材料具有较高的磁损耗能力，通过介电损耗和磁损耗的协同效应以及界面效应获得更好的电磁兼容特性。磁性的铁氧化物具有环境友好、价格低廉、储量丰富等优点。将石墨烯与具有吸波特性的铁氧化物结合的复合材料将兼具磁和介电的特性，将提高磁衰减，从而提升微波吸收效能，也将获得较高的电磁屏蔽效能。中国专利CN 107418513B公开了利用Hummer’s法制备GO，然后通过水热反应制备石墨烯泡沫负载Fe3O4磁性粒子复合吸波材料的方法。中国专利CN 106118594B公开了通过将GO分散液和二价铁源盐溶液加热和超声分散并进行调节分散液PH值的方法制备了Fe3O4/GO复合物用于吸波材料。
另外，在锂离子电池领域，虽然铁氧化物具有较高的理论容量(～1000mA h g-1)，但充放电过程中铁氧化物和铁原子间巨大的体积变化将产生非常大的体积应力，从而导致其晶体结构破碎、容量损失和循环寿命缩短。将铁氧化物具有优异电子导电性和高比表面的石墨烯复合，一方面石墨烯可以弥补铁氧化导电性的不足还可以缓冲其充放电过程中的体积变化，获得较好的电化学性能。中国专利CN 109461599公开发明了一种通过改良的Hummer’s法制备GO并将其干燥后与铁盐前驱体和氮前驱体置于容器中充分研磨后转移到管式炉中在气氛保护下高温煅烧制备了Fe3O4/氮掺杂的石墨烯复合物电极材料。中国专利CN 106997954B公开了以尿素为氮源对由Hummer’s法制备的GO掺杂氮，然后通过浓硫酸和浓硝酸对其二次氧化，进而在与亚铁离子通过水热反应制备了Fe2O3/石墨烯复合电极。
但是上述几种制备方法中都是将石墨通过强酸和强氧化性的试剂制备出GO，然后再负载铁氧化物，因而过程中需要用到大量硫酸、硝酸和盐酸等高腐蚀性的强酸，还需要高锰酸钾等高氧化性的试剂，这不仅使得实验过程有一定的危险性，同时对环境也带来不利的影响，且不利于规模化制备。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计一种简单、安全并且环境友好的制备石墨烯负载铁氧化物的方法和复合材料及其应用，在一定的温度下将石墨烯在含氧气氛中进行热处理使得石墨烯附着含氧基团，然后通过石墨烯表面附着的含氧基团与铁氧化物前驱体间的静电作用力将铁氧化物前驱体附着于石墨烯表面，进而转化为铁氧化物，获得石墨烯负载铁氧化物复合物。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种石墨烯负载铁氧化物的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)首先将石墨烯粉末在氧气气氛中以5～10℃/min的升温速率进行热重分析，确定其初始失重温度；
(2)将石墨烯粉末放到高温炉中，通入0.01～5mL/min的含氧气氛，以1～10℃/min的升温速率升温至初始失重温度或略超过初始失重温度，在此温度下维持数小时，从而使得石墨烯表面附着上一定量的含氧官能团，获得附着含氧基团的石墨烯；
(3)在添加或不添加表面活性剂的情况下，将附着含氧基团的石墨烯在超声辅助下均一的分散于极性溶剂中，然后向其中加入铁氧化物前驱体，通过搅拌和静置使得铁氧化物前驱体吸附于石墨烯表面；
(4)根据所制备目标铁氧化物的种类以及石墨烯的还原程度的需要，向步骤(3)中可选择性的添加还原剂、pH调节剂，通过液相反应将铁氧化物的前驱体在原位转化为铁氧化物，获得石墨烯附着铁氧化物的复合物；
(5)根据所制备目标产物中石墨烯的还原程度和铁氧化物结晶度的需要，还包括后续在惰性气氛中煅烧进一步使得石墨烯还原从而提升复合材料的导电性，提高铁氧化物的结晶度，获得石墨烯负载铁氧化物的复合材料。
本发明第二方面提供由上述方法制得的石墨烯负载铁氧化物的复合材料。
本发明第三方面提供上述石墨烯负载铁氧化物的复合材料在电磁兼容和锂离子电池中的应用，尤其在锂离子电池中的应用。
通过上述技术方案，本发明具有以下有益效果：
石墨烯附着的含氧基团是在含氧气氛中经过特定的热处理获得的，氧的存在形态主要包括连接芳香碳的碳氧双键、连接脂肪碳的碳氧单键和连接芳香碳的碳氧单键。进一步的，石墨烯中的含氧量经过热处理得到大幅提高，附着含氧基团的石墨烯中氧的质量分数达到10wt.％以上。
石墨烯表面的含氧基团有助于负载铁氧化物，铁氧化物的前驱体以纳米粒子或离子的形式在石墨烯表面均一的附着，后续将在原位转化为铁氧化物，附着的铁氧化物的含量可以高达75wt.％。
进一步的，由此获得的石墨烯负载铁氧化物的复合材料用于锂离子电池中，能够明显提高循环容量，且仍保持了较高的库伦效率和较好的循环稳定性。铁氧化物在热处理后的石墨烯上牢固吸附，二者具有协同效应，一方面负载铁氧化物的附着含氧基团的石墨烯可以缓冲铁氧化物在充放电过程中的体积变化，另一方面附着含氧基团的石墨烯可以弥补铁氧化物导电性的不足。
本发明创新性的制备石墨烯负载铁氧化物复合物，基于通过石墨烯在含氧气氛中热处理附着含氧基团的方法避免了强酸和强氧化剂的使用；具有工艺简单、操作安全、环境友好、适宜于大规模制备等优点。
这种热处理的石墨烯负载铁氧化物复合材料将在锂离子电池和电磁兼容等领域获得广泛的应用。
附图说明
：图1为本发明实施例1使用的一种单层石墨烯的热重分析曲线图；
图2为本发明实施例1制备的附着含氧基团单层石墨烯及其原料的X射线光电子能谱(XPS)图；
图3为本发明实施例1制备的附着含氧基团的石墨烯均一分散于水的照片；
图4为本发明实施例1制备的附着含氧基团的石墨烯负载Fe(OH)3复合物的扫描电子显微镜(SEM)图片；
图5为本发明实施例1制备的原料石墨烯负载Fe2O3(a)和热处理的石墨烯负载Fe2O3(b)的SEM图片；
图6为本发明实施例1制备的热处理的石墨烯负载Fe2O3的透射电子显微镜(TEM)图片；
图7为本发明实施例1制备的热处理的石墨烯负载Fe2O3的X-射线衍射仪(XRD)图片；
图8为本发明实施例1制备的原料石墨烯及热处理的石墨烯负载Fe2O3与的热重分析图；
图9为本发明实施例1制备的原料石墨烯负载Fe2O3复合物以及热处理的石墨烯负载Fe2O3复合物用于扣式锂电池的循环容量曲线；
图10为本发明实施例2制备的石墨烯负载Fe3O4的SEM图片；
图11为本发明实施例2制备的热处理的石墨烯负载Fe3O4复合物、Fe3O4纳米颗粒和热处理的石墨烯的XRD图片；
图12为本发明实施例8制备的一种热处理的石墨烯负载Fe2O3的SEM图片；
图13为本发明实施例8制备的一种热处理的石墨烯负载Fe2O3的热重曲线图；
图14为本发明实施例8制备的热处理的石墨烯负载Fe2O3复合物用于扣式锂电池正极，在电压范围为0.01-3V(相对于锂电极)，于0.5A/g电流密度下的循环容量曲线图。
具体实施方式
下面通过实施例进一步说明本发明的具体内容。
本发明第一方面提供一种石墨烯负载铁氧化物的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)首先将石墨烯粉末在氧气气氛中以5～10℃/min的升温速率进行热重分析，确定其初始失重温度；
(2)将石墨烯粉末放到高温炉中，以0.01～5mL/min的流速通入含氧气氛，以1～10℃/min的升温速率升温至初始失重温度或略超过初始失重温度，在该温度下热处理维持数小时，从而使得石墨烯表面附着上一定量的含氧官能团，获得附着含氧基团的石墨烯；
(3)将附着含氧基团的石墨烯和表面活性剂在超声辅助下均一的分散于极性溶剂中，然后向其中加入铁氧化物前驱体，通过搅拌和静置使得铁氧化物前驱体吸附于石墨烯表面；
(4)根据所制备目标铁氧化物的种类以及石墨烯的还原程度的需要，向步骤(3)中可选择的添加还原剂、pH调节剂，通过液相反应将铁氧化物的前驱体在原位转化为铁氧化物，获得石墨烯负载铁氧化物的复合材料；
(5)根据所制备目标产物中石墨烯的还原程度和铁氧化物结晶度的需要，后续在惰性气氛中煅烧将进一步使得石墨烯还原从而提升复合材料的导电性，提高铁氧化物的结晶度。
本发明步骤(2)中，石墨烯粉末的用量为0.03～0.3g，含氧气氛包括空气、氧气、空气与惰性气氛的混合气以及氧气与惰性气氛的混合气，所述惰性气氛为氮气和氩气；热处理维持时间为0.1～5h。
本发明中，热处理的温度为初始失重温度或略超过初始失重温度，所述略超过初始失重温度是指从初始失重温度到至多超过初始失重温度130℃的温度范围，且需低于失重结束平台的起始温度10℃以上。低于初始失重温度的条件下，石墨烯难以与氧气反应，因而难以在其表面生成含氧基团；而在超过初始失重温度过多，石墨烯和氧气的反应速率会非常快，因而使得反应的条件难以控制，增加了对气体流量选择的难度，且易于将碳材料完全转化为气态的碳氧化物，使得石墨烯的形貌难以保持；热处理在很小的含氧气氛流量条件下，可以使得热处理缓和进行，在保持石墨烯形貌的同时在其表面附着大量的含氧基团。
本发明中，发明人研究发现，石墨烯附着的含氧基团是在含氧气氛中热处理获得的，氧的存在形态主要包括连接芳香碳的碳氧双键、连接脂肪碳的碳氧单键和连接芳香碳的碳氧单键。
进一步的，热处理能够大幅提高石墨烯中的含氧量，附着含氧基团的石墨烯中氧的质量分数达到10wt.％以上，能够达到19wt.％。
本发明步骤(3)中，所述表面活性剂选自聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠或十六烷基三甲基溴化铵中的一种；
所述极性溶剂选自水、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的一种；
所述铁氧化物前驱体选自Fe(OH)3溶胶、硝酸铁、醋酸铁、FeCl3、FeCl2中的一种或两种的混合物；
附着含氧基团的石墨烯、表面活性剂、铁氧化物前驱体和极性溶剂的用量比为30～60mg：0～200mg：20～200mg：20～40mL；
超声功率为300～1000W，超声分散时间为30～100min；
搅拌和静置均在常温下进行，搅拌和静置是使得铁氧化物前驱体更好的附着于石墨烯表面，搅拌的转速为50-200转/分钟，搅拌的时间为1～5min，静置的时间为2～10min。
本发明步骤(4)中，所述还原剂包括将Fe3+还原为Fe2+的还原剂A和/或将石墨烯进一步还原的还原剂B，所述还原剂A选自抗坏血酸或柠檬酸三钠，所述还原剂B选自水合肼或乙二醇；
所述pH调节剂选自氨水、氢氧化钠和碳酸氢钠中的一种；
还原剂A的用量为铁氧化物前驱体摩尔量的0.5～2倍，还原剂B的用量为溶剂总体积的3～30vol.％；加入pH调节剂调节反应液的pH值为11左右；
液相反应为水热反应或共沉淀反应，所述水热反应的条件为120～180℃下反应10～14h，所述共沉淀反应的条件为80℃下反应2min～5min。
根据本发明，向铁氧化物前驱体的溶液中还添加还原剂和pH调节剂。将反应液的pH调节为碱性目的是提供铁氧化物目标产物的中间体所需要的OH-离子；将石墨烯表面的含氧基团还原的助剂将在一定程度上还原石墨烯，从而增加石墨烯的导电性；将Fe3+离子转化为Fe2+离子的还原剂将使得最终制备的铁氧化物为Fe3O4。
根据本发明，附着于石墨烯表面的铁氧化物前驱体通过后续的液相反应原位转化为铁氧化物，所述铁氧化物是Fe2O3或Fe3O4或二者的混合物。所述液相反应主要是铁氧化物前驱体于一定温度的液相反应条件下与液相中的离子发生化学反应最终在原位转变为铁氧化物；或者是铁氧化物前驱体未与液相中的离子发生化学反应，其自身在一定温度的液相反应条件下于原位转变为铁氧化物和水。
本发明步骤(5)中，所述煅烧温度为400～500℃，煅烧时间为0.5～5h。
本发明所述的石墨烯是指商业化大规模生产的非氧化的石墨烯。
本发明中，发明人研究发现，铁氧化物以纳米颗粒的形式在石墨烯表面均一的附着，附着的铁氧化物的含量可达75wt.％，而未经过热处理的石墨烯仅仅负载少量的铁氧化物纳米颗粒，不足10wt.％。这证实了石墨烯表面的含氧基团对其负载Fe3O4的重要性。此外，发明人研究发现，石墨烯表面含氧基团的含量对于负载铁氧化物具有重要影响，氧含量太少不能有效负载，采用上述热处理手段获得的附着含氧基团的石墨烯中，氧的质量分数达到10wt.％以上，足以形成有效负载。
实施例1：
本实施例的制备工艺步骤包括：
(1)原料为单层石墨烯粉末(纯度：98％，型号：GR0991，厂家：深圳穗衡石墨烯科技有限公司)，对其进行热重测试，确定其初始失重温度为580℃，见图1；然后称取0.1g左右原料置于石英舟中，放于管式炉后，以0.5mL/min的流量通入空气，以5℃/min的升温速率升温至700℃并维持3h，冷却后取出，获得附着含氧基团的石墨烯；
(2)称取30mg附着含氧基团的石墨烯加入到20mL去离子水中，并超声分散30min，然后加入15mL含有50mg左右Fe(OH)3胶体粒子的Fe(OH)3水溶液，在转速为100-150转/分钟的条件下搅拌3～5min，静置2～10min；
(3)然后用氨水调节反应液的pH值至11左右，进而在180℃水热反应12h，通过离心、洗涤和干燥后制得石墨烯负载Fe2O3复合物。
进一步地，将制备的石墨烯负载Fe2O3复合材料组装扣式锂电池，并进行充放电容量测试。
实施例2：
本实施例与实施例1步骤相同，不同之处是步骤(3)中还添加了80mg抗坏血酸，通过液相反应将铁氧化物的前驱体在原位转化为铁氧化物Fe3O4，获得石墨烯负载Fe3O4的复合物，其中Fe3O4的质量比为53wt.％左右。
实施例3：
本实施例与实施例1步骤相同，不同之处是步骤(3)中还添加了120mg柠檬酸三钠，通过液相反应将铁氧化物的前驱体在原位转化为铁氧化物Fe3O4，获得石墨烯负载Fe3O4的复合物，其中Fe3O4的质量比为53wt.％左右。
实施例4：
本实施例与实施例1步骤相同，不同之处在于未加入前驱体Fe(OH)3，加入的是等摩尔的摩尔比为1:1的FeCl3和FeCl2，获得石墨烯负载Fe3O4的复合物，其中Fe3O4的质量比为51wt.％左右。
实施例5：
本实施例与实施例1步骤相同，不同之处在于未加入氨水，加入了1.25mL水合肼，加入的水合肼既有调节pH值的作用，又有还原石墨烯的作用，获得石墨烯负载Fe3O4的复合物，其中Fe3O4的质量比为56wt.％左右。
实施例6：
本实施例与实施例4步骤相同，不同之处在于步骤(3)中所用的液相反应非水热法，为共沉淀法，具体制备过程为：然后用氨水调节反应液的pH值至11左右，在搅拌下加热到80℃，并在此温度下继续搅拌3min，通过离心、洗涤和干燥后制得石墨烯负载Fe3O4复合物，其中Fe3O4的质量比为50wt.％左右。
实施例7：
本实施例与实施例1步骤相同，不同之处在于加入了0.02g聚乙烯吡咯烷酮(型号：K30，厂家：国药沪氏试剂)作为分散剂，所制备的复合物为石墨烯负载Fe2O3，其中Fe2O3的质量比为56wt.％左右。
实施例8：
本实施例与实施例1步骤相同，不同之处在于所使用的原料石墨烯粉末不同，本实施例所使用的石墨烯粉末的型号为XF001W，厂家为南京先丰纳米材料科技有限公司，其初始失重温度为400℃，所使用的热处理温度为425℃，热处理时间为3h，热处理气氛为空气，流量为1mL/min；
通过水热反应所制备的产物为石墨烯负载Fe2O3复合物；
进一步地，将制备的石墨烯负载Fe2O3复合材料组装扣式锂电池，并进行充放电容量测试。
实施例9：
本实施例与实施例2步骤相同，不同之处在于加入等摩尔的FeCl3代替铁氧化物前驱体Fe(OH)3，所制备得到的铁氧化物为Fe3O4，获得石墨烯负载Fe3O4的复合物，其中Fe3O4的质量比为50wt.％左右。
实施例10：
本实施例与实施例2步骤相同，不同之处在于将所制备的石墨烯负载Fe3O4复合物于500℃的氩气气氛中煅烧2h，使得复合物中热处理的石墨烯的还原程度更高，Fe3O4的结晶度更好，获得石墨烯负载Fe3O4复合物，其中Fe3O4的质量比为58wt.％左右。
对比例1：
同实施例1，不进行步骤(1)的热处理，直接进行步骤(2)和(3)，制备得到原料石墨烯负载Fe2O3复合物。
图2为本发明实施例1所制备的附着含氧基团单层石墨烯及其原料的XPS图，图2表明，这种单层石墨烯通过在700℃的空气气氛中热处理3h后，其含氧量有了很大程度的提升，由0.97wt.％提升为10.96wt.％，这表明在空气中热处理过程中这种石墨烯附着了大量的含氧基团；
图3为本发明实施例1步骤(1)所制备的热处理的石墨烯均一分散于水的照片，通过图3可以看出，附着含氧基团的单层石墨烯在水中均一的分散，这为其通过静电作用力将带正电荷的负载物前驱体附着于其表面提供了有利条件；
通过扫描电子显微镜(SEM)对实施例1步骤(2)制备的附着含氧基团的石墨烯负载Fe(OH)3复合物进行形貌表征，其结果见图4，通过图4可以看出热处理后的石墨烯表面附着了大量的Fe(OH)3纳米颗粒(铁氧化物的前驱体)，这为其后续在原位转化为铁氧化物形成石墨烯负载铁氧化物复合物提供了条件；
通过SEM对实施例1步骤(3)制备的石墨烯负载Fe2O3复合物进行形貌表征，并与对比例1原料石墨烯负载Fe2O3作对比，其结果见图5，从图中可以明显的看出实施例1所制备的热处理的石墨烯负载Fe2O3的能力远超过原料石墨烯，这是由于实施例1所制备的热处理的石墨烯的含氧量远高于原料导致的；
图6为本发明实施例1制备得到的石墨烯负载Fe2O3复合物的透射电子显微镜(TEM)图片，其形貌与图5b基本一致；通过X-射线衍射仪(XRD)对实施例1制备得到的石墨烯负载Fe2O3复合物进行表征，其结果见图7，从图中可以看出热处理得到的石墨烯表面负载的纳米颗粒是Fe2O3，其衍射峰位置与Fe2O3的标准谱一一对应，在2θ＝24.1°，33.1°，35.6°，40.8°，49.5°，54.1°，57.6°，62.4°，64.0°和72.3°的衍射峰分别对应于立方体α-Fe2O3的(012)，(104)，(110)，(113)，(024)，(116)，(018)，(214)，(300)和(119)晶面；而在2θ＝26.4°左右的峰对应于石墨烯的石墨层结构的(002)晶面。
通过热重分析仪对实施例1制备得到的石墨烯负载Fe2O3复合物的量以及对比例1的原料石墨烯负载Fe2O3复合物的量进行表征，并与原料石墨烯进行对比，其结果见图8。从图中可以看出对比例1原料石墨烯负载Fe2O3复合物中Fe2O3的质量占比仅为7.7wt.％，而实施例1热处理的石墨烯负载Fe2O3复合物中，Fe2O3的质量占比高达55.5wt.％；
将本发明对比例1制备的原料石墨烯负载Fe2O3复合物以及实施例1热处理的石墨烯负载Fe2O3复合物用于扣式锂电池的组装，其中活性物质：导电添加剂(炭黑)：粘结剂(聚偏氟乙烯)的质量比为8：1：1，电解液为1M的LiPF6，溶剂为体积比为1：1：1的碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯。通过新威电池测试系统(型号：CT-3008W，厂家：深圳市新威尔电子有限公司)对其循环容量进行测试表征，其结果见图9，从图可以看出实施例1热处理的石墨烯负载Fe2O3复合物的充放电比容量明显高于对比例1原料石墨烯负载Fe2O3复合物，这主要是因为Fe2O3具有较高的理论容量以及热处理的石墨烯负载Fe2O3的载量较高，在0.01到3V的充放电电压范围内，于0.5A/g的电流密度下，经过280次充放电循环后仍然保持了1126.9mAh g-1的放电比容量，一方面石墨烯可以缓冲在充放电过程中Fe2O3的体积变化，另一方面石墨烯可以弥补Fe2O3导电性的不足。较好的充放电循环性能表明Fe2O3在热处理的石墨烯上的附着较为牢固。而原料石墨烯负载Fe2O3的相应放电比容量仅为393.9mAh g-1，这是原料石墨烯所能负载的Fe2O3的量较少导致的。
实施例2制备得到的石墨烯负载铁氧化物的复合物SEM图如图10所示，从图中可以看出实施例2热处理的石墨烯表面负载了大量的Fe3O4纳米颗粒；图11为本发明实施例2制备的热处理的石墨烯负载Fe3O4复合物、Fe3O4纳米颗粒和热处理的石墨烯的XRD图片，从图11可以看出，热处理的石墨烯负载Fe3O4的衍射峰包含了Fe3O4和热处理的石墨烯的衍射峰。在2θ＝18.3°，30.1°，35.4°，56.9°和62.5°衍射峰分别对应于Fe3O4的(111)，(220)，(311)，(511)和(440)晶面。在2θ＝26.4°，44.4°和54.4°的衍射峰对应于石墨层的(002)，(101)和(004)晶面。
实施例8制备得到的热处理的石墨烯附着铁氧化物的复合物SEM图如图12所示，从图中可以看出热处理的石墨烯表面附着了大量的Fe2O3纳米颗粒。
通过热重分析仪对实施例8获得的石墨烯负载Fe2O3的量进行了表征，其结果见图13，从图中可以看出实施例8获得的石墨烯负载Fe2O3复合物中Fe2O3的质量占比为74.6wt.％(在热重分析过程中复合物中的石墨烯基底转变为气态的碳氧化物，剩余物质为Fe2O3)。将本实施例中热处理的石墨烯负载Fe2O3复合物按照上述方法用于扣式锂电池的组装，其测试结果见图14，从图14可以看出实施例8所制备的石墨烯负载Fe2O3复合物在0.01到3V的充放电电压范围内，于0.5A/g的电流密度下，经过150次充放电循环后仍然保持了753.8mAh g-1的放电比容量。实施例8中石墨烯负载Fe2O3复合物的首圈放电容量高达2011.6mAh g-1，而在第2圈时仅为1514.4mAh g-1，这因为本实施例10所使用的石墨烯的层数较少，比表面积比较大，因此在首圈放电时产生了比较多的固体电解质界面膜，而这部分容量是不可逆的，所以首圈充放电的库伦效率仅仅为72.6％。
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