CN107134574A - 制备3d蜂窝状还原氧化石墨烯二硫化锡复合物的方法 - Google Patents

制备3d蜂窝状还原氧化石墨烯二硫化锡复合物的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种制备3D蜂窝状还原氧化石墨烯二硫化锡复合物的方法，包括以下步骤：S1：将氧化石墨烯和聚苯乙烯球加入去离子水中，超声处理至分散均匀；S2：将五水四氯化锡加入步骤S1得到的溶液中，充分搅拌，得到均匀溶液；S3：将步骤S2得到的溶液作为喷雾干燥的前驱体进行喷雾干燥处理；S4：将步骤S3得到的产物转入管式炉中，在惰性气体的保护下进行加热处理，之后自然冷却至室温；S5：将硫脲与步骤S4得到的产物放入管式炉中，在惰性气体的保护下进行反应，得到3D RGO/SnS2。本发明的制备方法制得的3D RGO/SnS2样品尺寸均匀，可控性好，结晶度高。

Description

制备3D蜂窝状还原氧化石墨烯二硫化锡复合物的方法
技术领域
本发明涉及储能材料制备技术领域，特别是涉及制备3D蜂窝状还原氧化石墨烯二硫化锡复合物的方法。
背景技术
SnS2含量丰富，形貌多样，理论容量高达645mA h g-1，但是，在锂离子电池充放电过程中，体积膨胀严重，容量损失大。并且，现有技术制备的SnS2形貌不可控，产率不佳。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种能够提高能量密度、倍率性能和循环性能的制备3D蜂窝状还原氧化石墨烯二硫化锡复合物的方法。
技术方案：本发明所述的制备3D蜂窝状还原氧化石墨烯二硫化锡复合物的方法，包括以下步骤：
S1：将氧化石墨烯和聚苯乙烯球加入去离子水中，超声处理至分散均匀；
S2：将五水四氯化锡加入步骤S1得到的溶液中，充分搅拌，得到均匀溶液；
S3：将步骤S1、S2得到的溶液分别作为前驱体进行喷雾干燥处理；
S4：将步骤S2得到的溶液作为前驱体进行喷雾干燥处理后所得的产物转入管式炉中，在惰性气体的保护下进行加热处理，之后自然冷却至室温；
S5：将硫脲与步骤S4得到的产物放入管式炉中，在惰性气体的保护下进行反应，得到3D RGO/SnS2。
进一步，所述步骤S2中的聚苯乙烯球是在氩气的氛围中，水浴80℃，持续搅拌9-10h制备的。
进一步，所述步骤S1中，氧化石墨烯采用改进的Hummer法制备。
进一步，所述聚苯乙烯球、氧化石墨烯、去离子水和五水四氯化锡的百分比分别为0.57％、4.5％、94.6％和0.28％。这种配比的聚苯乙烯球、氧化石墨烯和去离子水有助于形成形貌好看的复合物，这种配比的五水四氯化锡有助于提高复合物的电化学性能。
进一步，所述步骤S3中，喷雾干燥的进口温度140℃，流速为800ml/h。这样可以形成形貌饱满，均匀的蜂窝状结构的复合物。
进一步，所述步骤S4中，所述步骤S3得到的产物转入管式炉中，在惰性气体的保护下以2℃/min的升温速度均匀加热到450℃，加热处理2-5h后自然冷却至室温。控温在450℃、2℃/min升温、加热处理2-5h，这样有助于复合物更好的结晶且维持其蜂窝状结构。
进一步，所述步骤S5中，将硫脲与步骤S4得到的产物放入管式炉中，在惰性气体的保护下以1℃/min的升温速率加热到350℃，硫化处理10-12h后得到3D RGO/SnS2。控制在350℃、1℃/min升温、硫化处理10-12h，可以防止蜂窝状形貌被破坏且可以保证充分硫化。
进一步，所述步骤S5中产生的废气用氢氧化钠溶液吸收。
进一步，所述氢氧化钠溶液的浓度为1-3M。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1)本发明能够获得高产量的具有3D RGO/SnS2复合物；
2)本发明的制备工艺简单、易于操作、成本低，污染小；
3)本发明的制备方法制得的3D RGO/SnS2样品尺寸均匀，可控性好，结晶度高；
4)本发明3D RGO/SnS2倍率性能优异，比容量高，循环性能好。
附图说明
图1为本发明实施例1制得的聚苯乙烯球和氧化石墨烯喷雾干燥处理后的SEM图片；
图2为本发明实施例1制得的3D RGO/SnS2SEM图片；
图3为本发明实施例1中聚苯乙烯球和氧化石墨烯喷雾干燥，煅烧后的TEM图片；
图4为本发明实施例1中3D RGO/SnS2TEM图片；
图5为本发明实施例1中3D RGO/SnS2XRD图谱；
图6为本发明实施例1中3D RGO/SnS2循环性能图；
图7为本发明实施例1中3D RGO/SnS2倍率性能图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的介绍。
实施例1：
本实施例公开了一种制备3D蜂窝状还原氧化石墨烯二硫化锡复合物的方法，包括以下步骤：
S11：将24g氧化石墨烯，3g聚苯乙烯球加入500ml去离子水中，超声处理1h至分散均匀；
S21：将1.5g五水四氯化锡加入步骤S11得到的溶液中，充分搅拌，得到均匀溶液；
S31：将步骤S11、S21得到的溶液分别作为前驱体进行喷雾干燥处理，喷雾干燥的进口温度140℃，流速为800ml/h；
S41：将步骤S21作为前驱体溶液喷雾干燥后得到的产物转入管式炉中，在惰性气体的保护下以2℃/min的升温速度均匀加热到450℃，加热处理2h后自然冷却至室温；
S51：将硫脲与步骤S41得到的产物放入管式炉中，在惰性气体的保护下以1℃/min的升温速率加热到350℃，硫化处理12h后得到3D RGO/SnS2，如图2所示。
步骤S21中的聚苯乙烯球是在氩气的氛围中，水浴80℃，持续搅拌10h制备的。
步骤S11中，氧化石墨烯采用改进的Hummer法制备。
步骤S51中产生的废气用浓度为1M的氢氧化钠溶液吸收。
本实施例制备得到的3D RGO/SnS2，从前躯体可看出石墨烯均匀覆盖在聚苯乙烯球表面，如图1所示。随后，经过碳化处理，聚苯乙烯球除去，留下3D蜂窝状还原氧化石墨烯结构，锡盐渗透在此构中，通过后续硫化处理，形成3D RGO/SnS2结构如图2所示。图3显示了聚苯乙烯球去除后的3D石墨烯结构TEM图。图4给出了3D RGO/SnS2复合物的示意图。图5XRD图谱可以得出SnS2存在于3D RGO/SnS2。图6为3D RGO/SnS2在锂电测试中在100mA/g电流密度下的循环图，图7给出了3D RGO/SnS2在锂电测试中的不同电流密度下的倍率性能图。
实施例2：
本实施例公开了一种制备3D蜂窝状还原氧化石墨烯二硫化锡复合物的方法，包括以下步骤：
S12：将24g氧化石墨烯，3g聚苯乙烯球加入500ml去离子水中，超声处理1h至分散均匀；
S22：将1.5g五水四氯化锡加入步骤S11得到的溶液中，充分搅拌，得到均匀溶液；
S32：将步骤S11、S21得到的溶液分别作为前驱体进行喷雾干燥处理，喷雾干燥的进口温度140℃，流速为800ml/h；
S42：将步骤S21作为前驱体溶液喷雾干燥后得到的产物转入管式炉中，在惰性气体的保护下以2℃/min的升温速度均匀加热到450℃，加热处理5h后自然冷却至室温；
S52：将硫脲与步骤S41得到的产物放入管式炉中，在惰性气体的保护下以1℃/min的升温速率加热到350℃，硫化处理10h后得到3D RGO/SnS2。
步骤S22中的聚苯乙烯球是在氩气的氛围中，水浴80℃，持续搅拌9h制备的。
步骤S12中，氧化石墨烯采用改进的Hummer法制备。
步骤S52中产生的废气用浓度为3M的氢氧化钠溶液吸收。

Claims (9)

1.制备3D蜂窝状还原氧化石墨烯二硫化锡复合物的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：将氧化石墨烯和聚苯乙烯球加入去离子水中，超声处理至分散均匀；
S2：将五水四氯化锡加入步骤S1得到的溶液中，充分搅拌，得到均匀溶液；
S3：将步骤S1、S2得到的溶液分别作为前驱体进行喷雾干燥处理；
S4：将步骤S2得到的溶液作为前驱体进行喷雾干燥处理后所得的产物转入管式炉中，在惰性气体的保护下进行加热处理，之后自然冷却至室温；
S5：将硫脲与步骤S4得到的产物放入管式炉中，在惰性气体的保护下进行反应，得到3DRGO/SnS2。
2.根据权利要求1所述的制备3D蜂窝状还原氧化石墨烯二硫化锡复合物的方法，其特征在于：所述步骤S2中的聚苯乙烯球是在氩气的氛围中，水浴80℃，持续搅拌9-10h制备的。
3.根据权利要求1所述的制备3D蜂窝状还原氧化石墨烯二硫化锡复合物的方法，其特征在于：所述步骤S1中，氧化石墨烯采用改进的Hummer法制备。
4.根据权利要求1所述的制备3D蜂窝状还原氧化石墨烯二硫化锡复合物的方法，其特征在于：所述聚苯乙烯球、氧化石墨烯、去离子水和五水四氯化锡的百分比分别为0.57％、4.5％、94.6％和0.28％。
5.根据权利要求1所述的制备3D蜂窝状还原氧化石墨烯二硫化锡复合物的方法，其特征在于：所述步骤S3中，喷雾干燥的进口温度140℃，流速为800ml/h。
6.根据权利要求1所述的制备3D蜂窝状还原氧化石墨烯二硫化锡复合物的方法，其特征在于：所述步骤S4中，所述步骤S3得到的产物转入管式炉中，在惰性气体的保护下以2℃/min的升温速度均匀加热到450℃，加热处理2-5h后自然冷却至室温。
7.根据权利要求1所述的制备3D蜂窝状还原氧化石墨烯二硫化锡复合物的方法，其特征在于：所述步骤S5中，将硫脲与步骤S4得到的产物放入管式炉中，在惰性气体的保护下以1℃/min的升温速率加热到350℃，硫化处理10-12h后得到3D RGO/SnS2。
8.根据权利要求1所述的制备3D蜂窝状还原氧化石墨烯二硫化锡复合物的方法，其特征在于：所述步骤S5中产生的废气用氢氧化钠溶液吸收。
9.根据权利要求8所述的制备3D蜂窝状还原氧化石墨烯二硫化锡复合物的方法，其特征在于：所述氢氧化钠溶液的浓度为1-3M。
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