[發(fā)明專利]二氧化錫/硼摻雜石墨烯納米復(fù)合物及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310313571.6
• 申請日: 2013-07-25
• 公開（公告）號: CN103346020B
• 公開（公告）日: 2016-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郝青麗;劉鵬;夏錫鋒;雷武;王文娟;汪信
• 申請（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號: H01G11/32
• 分類號: H01G11/32;H01G11/46
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 朱顯國

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米復(fù)合材料制備領(lǐng)域，具體是涉及一種二氧化錫/硼摻雜石墨烯納米復(fù)合物的制備方法。

背景技術(shù)

石墨烯作為新型碳材料，由于其具有較大的表面積，較好的化學(xué)與熱穩(wěn)定性，較寬的電位窗以及優(yōu)異的導(dǎo)電性，已經(jīng)被運(yùn)用到電化學(xué)儲能裝置中，如鋰離子電池與電化學(xué)電容器。但是目前常用的石墨烯都是通過化學(xué)方法得到，該法制備的石墨烯存在一定缺陷。二氧化錫是一種受到廣泛重視的寬禁帶半導(dǎo)體材料，且納米尺寸的二氧化錫，由于小尺寸效應(yīng)及表面效應(yīng)，其具有特殊的光電性能、氣敏性能、催化性能以及具有化學(xué)和機(jī)械穩(wěn)定性，在氣敏元件、半導(dǎo)體元件、電極材料及太陽能電池等方面有著潛在的應(yīng)用。但是二氧化錫在作為電極材料時，存在著致命的缺陷，即其長期的摻雜/去摻雜過程會引起材料本身出現(xiàn)“粉化”和“團(tuán)聚”現(xiàn)象，最終導(dǎo)致其電性能下降，影響其進(jìn)一步的使用。一些研究者針對上述這些問題作出了改進(jìn)，Müllen等人通過水熱法制備氮、硼以及它們共摻雜的石墨烯（WuZhongShuai,WinterAndreas,ChenLong,SunYi,TurchaninAndrey,FengXinliang,MüllenKlaus.Three-DimensionalNitrogenandBoronCo-dopedGrapheneforHigh-PerformanceAll-Solid-StateSupercapacitors.AdvancedMaterials2012,24(37):5130-5135.）。此方法獲得的材料具有較好的導(dǎo)電性。MingZhang等人通過二價錫離子還原氧化石墨烯（MingZhang,DanniLei,ZhifengDu,XiaomingYin,LibaoChen,QiuhongLi,*YangguoWangandTaihongWang*,FastsynthesisofSnO2/graphenecompositesbyreducinggrapheneoxidewithstannousions.J.Mater.Chem.,2011,21,1673-1676）。該方法簡單且獲得的材料具有優(yōu)異的電化學(xué)性能，且改善了二氧化錫作為電極時的“粉化”和“團(tuán)聚”現(xiàn)象。石墨烯與金屬氧化物的協(xié)同效應(yīng)使它們的復(fù)合物具有高容量，好的循環(huán)穩(wěn)定性等優(yōu)異的電化學(xué)性質(zhì)。將石墨烯與二氧化錫復(fù)合到一起，充分發(fā)揮兩者的優(yōu)勢，從而獲得電化學(xué)性能優(yōu)異的材料，并且二氧化錫/硼摻雜石墨烯復(fù)合納米材料還未見報(bào)道；因此制備二氧化錫/硼摻雜石墨烯復(fù)合材料十分重要，該材料在超級電容器、鋰離子電池和其它電子器件等領(lǐng)域具有重大的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個目的在于提供一種合成工藝簡單，成本較低的原位聚合法制備二氧化錫/硼摻雜石墨烯納米復(fù)合材料的制備方法。

本發(fā)明的另一目的是提供通過上述方法制備出的二氧化錫/硼摻雜石墨烯納米復(fù)合材料。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種二氧化錫/硼摻雜石墨烯納米復(fù)合材料，所述復(fù)合材料中二氧化錫占復(fù)合材料的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)的20.1~71.5%，硼占硼摻雜石墨烯總原子個數(shù)的1.1%~5.3%。

一種二氧化錫/硼摻雜石墨烯納米復(fù)合物的制備方法，包括以下步驟：

第一步，將氧化石墨在水與乙醇混合溶液中超聲分散得到氧化石墨烯；

第二步，將硼酸與二水合氯化亞錫加入第一步溶液中，攪拌溶解；

第三步，將第二步混合液移至水熱釜中反應(yīng)；

第四步，將第三步產(chǎn)物過濾分離并洗滌、干燥后獲得二氧化錫/硼摻雜石墨烯納米復(fù)合物。

步驟一中所述的水與乙醇混合溶液中水的體積分?jǐn)?shù)為0~1，氧化石墨烯的質(zhì)量濃度為0.5mg/mL~2.0mg/mL，超聲時間為50-120min，所述的氧化石墨采用Hummer法制備。

步驟二中所述的硼酸與氧化石墨烯的質(zhì)量比為2.47:1~10:1；二水合氯化亞錫與氧化石墨烯的質(zhì)量比為0.38:1~3.8:1，攪拌時間為30-60min。

步驟三中所述的水熱反應(yīng)溫度140~200℃，反應(yīng)時間為10~18h。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)在于：（1）通過一步合成，同時進(jìn)行二氧化錫納米粒子負(fù)載，并且還原并硼摻雜了氧化石墨烯，提高了石墨烯的導(dǎo)電性，彌補(bǔ)了化學(xué)法制備石墨烯存在的缺陷；（2）在硼摻雜石墨烯表面沉積分散均勻的二氧化錫納米顆粒，提供了比較大的表面積和更多的活性中心；（3）應(yīng)用本發(fā)明制備的二氧化錫/硼摻雜石墨烯，結(jié)合了硼摻雜石墨烯和二氧化錫的特性，可在超級電容電極材料有著較好的應(yīng)用前景和經(jīng)濟(jì)效益。