CNTs-SnS-SnS2@GO异质结构复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了CNTs

【技术实现步骤摘要】
CNTs
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SnS
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SnS2@GO异质结构复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及新能源材料制备领域，特别涉及CNTs
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SnS
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SnS2@GO异质结构复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]钠离子电池被认为是锂离子电池的替代品之一，有些锂资源都是以盐湖卤水的形式存在，其Mg/Li较高，提锂技术成本高。金属锂的价格比较高，迫切需要寻找新型的锂离子电池替代产品。发展钠离子电池因其充足的钠资源可以保证钠离子电池的发展不受资源储量的影响，并且钠离子电池与锂离子电池的电化学原理相似、合适的电化学窗口和高安全稳定性等优点已成为新能源领域的新星。但比半径大，较大的离子半径使得Na
+
在电化学过程中迁移困难，还会使得材料在脱嵌钠过程中发生结构“坍塌”甚至粉化，从而导致钠离子电池电化学反应动力学缓慢、可逆性差以及循环寿命短等问题，所以研究出一种优良电极材料对于提高钠离子电池的能量密度和循环性能尤为重要。
[0003]钠离子电池的负极材料很大程度上决定着电池的工作电压、容量、倍率性能和循环性能等，目前，针对钠离子电池负极材料的研究主要分为三大类：嵌入型、合金型以及转化型材料，但是它们普遍都面临比容量低、容量衰减快等问题，无法满足高储能和长寿命电池的发展要求。但是，其中也有很多值得进行进一步研究的材料，例如SnS、SnS2等合金型材料被视为一种很有前途的钠离子电池负极材料之一，因其拥有高比容量，具有较好的发展潜力，具体原因为：首先纳米级别的SnS2能够为钠离子的储存提供更多的活性位点，其次纳米颗粒状或片层状的SnS2可以有效避免电解液和电极直接接触。这种特殊的层状结构有利于Na
+
能够在进行充放电过程时快速脱嵌。但在电化学反应过程中，SnS2伴随钠离子的脱嵌，会使材料产生较大的体积变化，导致内应力不断累积以至于生成裂纹并扩散，进而导致活性物质从集流体上脱落，导致电荷传递被破坏和循环性能变差，容量迅速衰减。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中存在的不足，本专利技术的目的在于提供CNTs
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SnS
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SnS2@GO异质结构复合材料及其制备方法和应用，本专利技术的复合材料高比能和优异的电化学性能，同时能够通过一步溶剂热法合成该材料且工艺简单。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现：
[0006]CNTs
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SnS
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SnS2@GO异质结构复合材料的制备方法，包括如下过程：
[0007]将锡源溶液和石墨烯分散液混合均匀，之后加入预处理多壁碳纳米管以及表面活性剂并混合均匀，然后再加入硫源溶液进行搅拌，直至锡源和硫源充分反应、充分混匀，之后再进行超声分散将所得溶液混匀，再将该溶液于溶剂热釜在140℃
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180℃下充分反应，之后过滤得到灰黑色沉淀，将灰黑色沉淀洗涤、干燥，得到所述CNTs
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SnS
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SnS2@GO异质结构复合材料；
[0008]其中，所述预处理多壁碳纳米管的制备过程包括：对多壁碳纳米管进行酸洗以及
超声处理，将酸洗后的多壁碳纳米管洗涤、干燥，得到预处理多壁碳纳米管；
[0009]锡源溶液的成分包括锡源、还原性酸和醇类溶剂，锡源溶液的pH值为
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1～0；
[0010]硫源溶液采用硫源的乙二醇溶液；
[0011]所述CNTs
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SnS
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SnS2@GO异质结构复合材料中，CNTs、Sn、S：GO的摩尔比为1：(0.8
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1.2)：(0.8
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1.2)：1。
[0012]优选的，制备所述预处理多壁碳纳米管时，采用酸性溶液对多壁碳纳米管进行酸洗，所述酸性溶液是采用质量分数为98％的H2SO4、质量分数为68％的HNO3以及去离子水按照体积比计为(0.9
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1):(0.9
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1):8的比例配制而成。
[0013]优选的，采用酸性溶液对多壁碳纳米管进行酸洗时，在每50ml的所述酸性溶液中对应加入40
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80mg多壁碳纳米管，然后持续搅拌1
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2h，酸洗完成。
[0014]优选的，对酸洗完成后的混合液超声处理30
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60分钟，超声波功率为470
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480W，超声波频率为30
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40KHZ。
[0015]优选的，所述溶液在溶剂热釜中的反应时间为12
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36h。
[0016]优选的，所述锡源采用SnCl2·
2H2O、SnCl4·
5H2O、SnSO4或乙酸锡；还原性酸采用柠檬酸、抗坏血酸或草酸；锡源溶液中的醇类溶剂采用乙二醇、聚乙二醇和PEG
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500中的一种或几种的混合物。
[0017]优选的，所述硫源采用硫化钠、硫化铵、硫代乙酰胺或硫脲。
[0018]优选的，所述表面活性剂采用CTAB、PVB或TAG
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500。
[0019]本专利技术还提供了一种CNTs
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SnS
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SnS2@GO异质结构复合材料，该复合材料采用本专利技术如上所述的制备方法制得。
[0020]本专利技术的CNTs
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SnS
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SnS2@GO异质结构复合材料用于制备钠离子电池的负极。
[0021]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点与技术效果：
[0022]本专利技术CNTs
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SnS
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SnS2@GO异质结构复合材料的制备方法是在一步溶剂热过程中SnS
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SnS2异质结构原位生长于氧化石墨烯(GO)材料上，再利用预处理多壁碳纳米管(CNTs)的特殊形貌结构进行二次复合改性，与传统的方法相比，通过一步溶剂热法制备出CNTs
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SnS
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SnS2@GO异质结构复合材料，免去了后期利用高温退火的步骤，方法简单便利，绿色环保。利用该方法合成的CNTs
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SnS
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SnS2@GO异质结构复合材料循环性能更加稳定，有效的缓解了材料的体积效应，诱导内部电场，促进电荷转移，改善了材料的电子和离子电导率，最终提高了材料的电化学性能，因此，本专利技术合成的CNTs
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SnS
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SnS2@GO异质结构复合材料制成钠离子电池负极，表现出高的循环稳定性，优异的电化学性能。
附图说明
[0023]图1是本专利技术实施例1中在Sn：S＝0.8:1下CNTs
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SnS
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SnS2@GO异质结构复合材料的XRD图；
[0024]图2(a)是本专利技术实施例1中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.CNTs
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SnS
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SnS2@GO异质结构复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下过程：将锡源溶液和石墨烯分散液混合均匀，之后加入预处理多壁碳纳米管以及表面活性剂并混合均匀，然后再加入硫源溶液进行搅拌，直至锡源和硫源充分反应、充分混匀，之后再进行超声分散将所得溶液混匀，再将该溶液于溶剂热釜在140℃
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180℃下充分反应，之后过滤得到灰黑色沉淀，将灰黑色沉淀洗涤、干燥，得到所述CNTs
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SnS
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SnS2@GO异质结构复合材料；其中，所述预处理多壁碳纳米管的制备过程包括：对多壁碳纳米管进行酸洗以及超声处理，将酸洗后的多壁碳纳米管洗涤、干燥，得到预处理多壁碳纳米管；锡源溶液的成分包括锡源、还原性酸和醇类溶剂，锡源溶液的pH值为
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1～0；硫源溶液采用硫源的乙二醇溶液；所述CNTs
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SnS
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SnS2@GO异质结构复合材料中，CNTs、Sn、S：GO的摩尔比为1：(0.8
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1.2)：(0.8
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1.2)：1。2.根据权利要求1所述的CNTs
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SnS
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SnS2@GO异质结构复合材料的制备方法，其特征在于，制备所述预处理多壁碳纳米管时，采用酸性溶液对多壁碳纳米管进行酸洗，所述酸性溶液是采用质量分数为98％的H2SO4、质量分数为68％的HNO3以及去离子水按照体积比计为(0.9
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1):(0.9
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1):8的比例配制而成。3.根据权利要求2所述的CNTs
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SnS
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SnS2@GO异质结构复合材料的制备方法，其特征在于，采用酸性溶液对多壁碳纳米管进行酸洗时，在每50ml的所述酸性溶液中对应加入40
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80mg多壁碳纳米管，然后持续搅拌1
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2h，酸洗完成。4.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔雅茹，俞福元，李倩，何喜红，郝禹，胡锦鹏，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：