[發(fā)明專利]一種ZnS納米線/Cu7

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811316136.8
• 申請日: 2018-11-07
• 公開（公告）號: CN111161959B
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曹健;馮博;李盺
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林師范大學(xué)
• 主分類號: H01G11/30
• 分類號: H01G11/30;H01G11/32;H01G11/86
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責(zé)任公司 22201
• 代理人: 李泉宏

本發(fā)明公開了一種ZnS納米線/Cu₇S₄納米粒子/還原氧化石墨烯復(fù)合材料及其制備方法，屬于多功能復(fù)合材料領(lǐng)域，是一種兼具超級電容器和光催化應(yīng)用的復(fù)合材料。目前ZnS和Cu₇S₄組成的復(fù)合材料雖然能夠兼具超級電容器和光催化應(yīng)用，但是材料存在穩(wěn)定性低的問題。本發(fā)明在納米復(fù)合材料中引入二維石墨烯，使用石墨烯作為納米復(fù)合材料的基底，它不僅可以避免ZnS/Cu₇S₄在充放電過程中的體積變化，還可提供大的電極/電解質(zhì)界面，以促進(jìn)更好的離子擴(kuò)散。同時，ZnS/Cu₇S₄也可以防止石墨烯聚集，增加其表面積，使該材料同時具有良好的電學(xué)性質(zhì)和光催化性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于多功能復(fù)合材料領(lǐng)域，具體是一種兼具超級電容器和光催化應(yīng)用的復(fù)合材料。

背景技術(shù)

超級電容器(SC)由于其較高的功率密度，較長的壽命，較低的成本等優(yōu)點而引起廣泛關(guān)注。其性質(zhì)主要取決于電極材料的電化學(xué)性質(zhì)。碳基納米材料(石墨烯，碳納米管等)具有高比表面積和高導(dǎo)電性，但其電容主要來自于靜電電荷吸附，因此能量密度與功率密度較低。過渡金屬氧化物/硫化物或它們的復(fù)合材料是基于快速可逆的法拉第反應(yīng)(氧化還原反應(yīng))而在電極表面上進(jìn)行電荷儲存，因此具有高的比電容和能量密度。其中過渡金屬硫化物與金屬氧化物相比具有更低的成本，更豐富的氧化還原化合價，更高的電導(dǎo)率。硫化銅(Cu_xS，x＝1-2) 作為重要的p型半導(dǎo)體，帶隙為1.2-2.4eV，具有較高的理論電容值(561mA·h·g^-1)。Cu₇S₄是 Cu_xS體系中最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，因此具有良好的穩(wěn)定性。硫化鋅(ZnS)是一種重要的寬帶隙半導(dǎo)體，帶隙為3.6eV，導(dǎo)電性良好，被廣泛用作超級電容器電極材料以及光催化劑。與單組分硫化物相比，ZnS和Cu₇S₄組成的復(fù)合材料具有更高的比容量，更好的電化學(xué)性能，更寬的太陽能吸收范圍和更高的光催化效率。然而，硫化物的穩(wěn)定性仍然較低。

發(fā)明內(nèi)容

為解決ZnS和Cu₇S₄復(fù)合材料穩(wěn)定性低的問題，本發(fā)明在納米復(fù)合材料中引入二維石墨烯，使用石墨烯作為納米復(fù)合材料的基底，它不僅可以避免ZnS/Cu₇S₄在充放電過程中的體積變化，還可提供大的電極/電解質(zhì)界面，以促進(jìn)更好的離子擴(kuò)散。同時，ZnS/Cu₇S₄也可以防止石墨烯聚集，增加其表面積，該材料同時具有良好的電學(xué)性質(zhì)和光催化性能。

此外，本發(fā)明首次利用簡單的一步水熱法合成了一種具有優(yōu)異的電容和光催化性能的 ZnS納米線/Cu₇S₄納米粒子/還原氧化石墨烯納米復(fù)合材料。利用水熱法在ZnS納米線表面沉積Cu₇S₄納米粒子形成“線-點”型納米復(fù)合材料，ZnS納米線的直徑為8～18nm，長度為100～200nm，Cu₇S₄納米粒子的直徑為4～8nm。在以上反應(yīng)中加入氧化石墨烯后，這種“線-點”型納米復(fù)合材料沉積在二維還原氧化石墨烯表面，形成目標(biāo)產(chǎn)物。

將1.6～2.0mmol Zn(NO₃)₂和1.6～2.0mmol Cu(NO₃)₂分散在10mL去離子水中(溶液A)，將6.0～6.2mmol硫脲分散在10mL乙二胺中(溶液B)，將0.01～0.015g氧化石墨烯分散在10 mL去離子水和10mL無水乙醇的混合溶液中(溶液C)，將溶液A、B、C超聲分散1h，將溶液A在30min內(nèi)逐滴加入到溶液C中，繼續(xù)攪拌30min，將溶液B在30min內(nèi)逐滴加入到溶液C中，繼續(xù)攪拌30min，將其轉(zhuǎn)移到50mL的反應(yīng)釜中，180℃反應(yīng)12h，反應(yīng)得到的產(chǎn)物分別用去離子水和無水乙醇洗滌3次，60℃干燥6h得到目標(biāo)產(chǎn)物。