CN109192943A - 一种MoO2/SnO2复合石墨烯包覆棉碳纤维材料的制备方法 - Google Patents

一种MoO2/SnO2复合石墨烯包覆棉碳纤维材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种MoO2/SnO2复合石墨烯包覆棉碳纤维材料的制备方法，包括以下步骤：（1）将无纺棉浸入氧化石墨(GO)溶液中进行超声处理；（2）冷冻后进行冷冻干燥处理，得到氧化石墨烯包覆无纺棉纤维；（3）磷钼酸和氯化亚锡溶于无水乙醇溶液中，将氧化石墨烯包覆无纺棉纤维浸入上述溶液，取出后放入干燥箱中烘干；（4）放入炉中，通入保护气体，600℃～1100℃保温1～10 h；（5）停止加热，继续通入保护气体，待炉温降低至室温，取出样品，即得MoO2/SnO2复合石墨烯包覆棉碳纤维材料。

Description

一种MoO2/SnO2复合石墨烯包覆棉碳纤维材料的制备方法
技术领域
本发明涉及材料技术领域，尤其涉及的是一种MoO2/SnO2复合石墨烯包覆棉碳纤维材料的制备方法。
背景技术
由于环境污染和能源消耗的加剧，开发利用新的可持续清洁能源成为全球科学家研究的热点，高性能的化学能源作为一种清洁高效的能源储存于转换器件在能源和环境保护方面占有重要的地位，并已成为世界各国竞相发展的领域之一。在众多清洁能源中，锂离子电池由于其高能量密度、高功率密度、使用寿命长和无记忆效应等特性，成为各国研究的热点。
锂离子电池由四部分组成：正极、负极、电解液和隔膜。在这四部分之中，负极电极材料的性能影响电池整体性能。目前，商业化负极材料主要为石墨，然而石墨的理论容量较低，难以满足新型电子器件对高性能电池的需求。MoO2和SnO2作为金属氧化物具有较高的理论比容量，是近些年研究的热电，但是单纯利用MoO2和SnO2作为电极材料，由于材料电导性较低，因此材料的循环稳定性较差。碳化纤维和石墨烯作为具有优异的电传输特性，与金属氧化物进行复合可以有效提升材料总体电导率，增强金属氧化物的循环稳定性。同时碳化纤维具有大量的空隙，有利于电解液和电子的传输，因此利用MoO2/SnO2与石墨烯和碳化纤维进行复合，可以制备出具有优异性能的锂离子电池负极材料。
因此，研究一种操作简单，工艺要求不苛刻，可实现高质量、大规模制备MoO2/SnO2复合石墨烯与碳化纤维的负极材料，是目前科技工作者和产业界工程人士的关注热点。
发明内容
本发明的技术目的是针对上述锂离子电池负极材料制备技术的现状，提供了一种工艺简单的MoO2/SnO2复合石墨烯包覆棉碳纤维新型结构材料的方法。
本发明技术方案如下：
一种MoO2/SnO2复合石墨烯包覆棉碳纤维材料的制备方法，包括以下步骤：
(1) 将无纺棉浸入氧化石墨(GO)溶液中，超声处理；
(2) 冷冻后进行冷冻干燥处理，得到氧化石墨烯包覆无纺棉纤维；
(3) 磷钼酸和氯化亚锡溶于无水乙醇溶液中，将氧化石墨烯包覆无纺棉纤维浸入上述溶液，取出后放入干燥箱中烘干；
(4) 放入炉中，通入保护气体，600℃～1500 ℃保温1～10 h；
(5) 停止加热，继续通入保护气体，待炉温降低至室温，取出样品，即得MoO2/SnO2复合石墨烯包覆棉碳纤维材料。
所述的制备方法，所述无纺棉为天然棉花制成的无纺棉；
所述的制备方法，所述步骤(1)中GO浓度为0.5~15 mg/ml；
所述的制备方法，所述步骤(1)中GO为Hummers法制备的GO；
所述的制备方法，所述步骤(1)中GO溶液为前期经过超声处理1~2 h的GO溶液。
所述的制备方法，所述步骤(1)中超声处理时间为0.5~2 h；
所述的制备方法，所述步骤(2)中冷冻处理可以为低温冰箱冷冻或液氮冷冻，温度低于-30 ℃；
所述的制备方法，所述步骤(3)中磷钼酸与氯化亚锡无水乙醇溶液的密度为5~30 mg/ml；
所述的制备方法，所述步骤(3)中磷钼酸与氯化亚锡的摩尔比为1:10~10:1；
所述的制备方法，所述步骤(4)和(5)中保护气体为氮气或氩气。
附图说明
图1是本发明实施例1中MoO2/SnO2复合石墨烯包覆棉碳纤维材料XRD图片；
图2是本发明实施例1中MoO2/SnO2复合石墨烯包覆棉碳纤维材料SEM图片。
具体实施方式
以下结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
实施例1：
本实施例中提供一种MoO2/SnO2复合石墨烯包覆棉碳纤维材料的制备方法，具体制备方法如下。
（1）将无纺棉浸入7 mg/ml的GO溶液中，超声0.5h，其中无纺棉为天然棉花制备的无纺棉，GO为Hummers法制备的GO，GO溶液为前期经过超声处理1 h的GO溶液。
（2）放入低温冰箱冷冻24 h，放入冷冻干燥机冷冻干燥48 h，得到氧化石墨烯包覆无纺棉纤维，其中低温冰箱温度为-35 ℃。
（3）制备30 mg/ml的磷钼酸和氯化亚锡的无水乙醇溶液中，磷钼酸与氯化亚锡的摩尔比为1:1，将氧化石墨烯包覆无纺棉纤维浸入上述溶液，浸泡24 h，取出后放入干燥箱中烘干。
（4）放入陶瓷坩埚中，放入通入氮气的保护气体的炉中，10 ℃/min升温至600 ℃，保温1 h。
（5）停止加热，继续通入氩气，待炉温降低至室温，取出样品，得到MoO2/SnO2复合石墨烯包覆棉碳纤维材料。
图1是上述MoO2/SnO2复合石墨烯包覆棉碳纤维结构材料XRD图片。从图中可以看出：出现很多MoO2和SnO2峰位，说明合成出MoO2/SnO2复合石墨烯包覆棉碳纤维材料。
图2是上述MoO2/SnO2复合石墨烯包覆棉碳纤维材料SEM图。从图中可以看出，石墨烯包覆着棉碳纤维，还有部分石墨烯分布在棉碳纤维周围，没有发现MoO2和SnO2颗粒，说明MoO2和SnO2以纳米形式存在，不易观察到。
实施例2：
本实施例中提供一种MoO2/SnO2复合石墨烯包覆棉碳纤维材料的制备方法，具体制备方法如下。
（1）将无纺棉浸入5 mg/ml的GO溶液中，超声0.5h，其中无纺棉为天然棉花制备的无纺棉，GO为Hummers法制备的GO，GO溶液为前期经过超声处理1 h的GO溶液。
（2）放入低温冰箱冷冻24 h，放入冷冻干燥机冷冻干燥48 h，得到氧化石墨烯包覆无纺棉纤维，其中低温冰箱温度为-35 ℃。
（3）制备30 mg/ml的磷钼酸和氯化亚锡的无水乙醇溶液中，磷钼酸与氯化亚锡的摩尔比为1:1，将氧化石墨烯包覆无纺棉纤维浸入上述溶液，浸泡24 h，取出后放入干燥箱中烘干。
（4）放入陶瓷坩埚中，放入通入氩气的保护气体的炉中，10 ℃/min升温至1000℃，保温1 h。
（5）停止加热，继续通入氩气，待炉温降低至室温，取出样品，得到MoO2/SnO2复合石墨烯包覆棉碳纤维材料。
实施例3：
本实施例中提供一种MoO2/SnO2复合石墨烯包覆棉碳纤维材料的制备方法，具体制备方法如下。
（1）将无纺棉浸入7 mg/ml的GO溶液中，超声0.5h，其中无纺棉为天然棉花制备的无纺棉，GO为Hummers法制备的GO，GO溶液为前期经过超声处理1 h的GO溶液。
（2）放入低温冰箱冷冻24 h，放入冷冻干燥机冷冻干燥48 h，得到氧化石墨烯包覆无纺棉纤维，其中低温冰箱温度为-35 ℃。
（3）制备50 mg/ml的磷钼酸和氯化亚锡的无水乙醇溶液中，磷钼酸与氯化亚锡的摩尔比为1:1，将氧化石墨烯包覆无纺棉纤维浸入上述溶液，浸泡24 h，取出后放入干燥箱中烘干。
（4）放入陶瓷坩埚中，放入通入氮气的保护气体的炉中，10 ℃/min升温至1000℃，保温5 h。
（5）停止加热，继续通入氮气，待炉温降低至室温，取出样品，得到MoO2/SnO2复合石墨烯包覆棉碳纤维材料。
实施例4：
本实施例中提供一种MoO2/SnO2复合石墨烯包覆棉碳纤维材料的制备方法，具体制备方法如下。
（1）将无纺棉浸入7 mg/ml的GO溶液中，超声0.5 h，其中无纺棉为天然棉花制备的无纺棉，GO为Hummers法制备的GO，GO溶液为前期经过超声处理1 h的GO溶液。
（2）放入低温冰箱冷冻24 h，放入冷冻干燥机冷冻干燥48 h，得到氧化石墨烯包覆无纺棉纤维，其中低温冰箱温度为-40 ℃。
（3）制备50 mg/ml的磷钼酸和氯化亚锡的无水乙醇溶液中，磷钼酸与氯化亚锡的摩尔比为2:1，将氧化石墨烯包覆无纺棉纤维浸入上述溶液，浸泡24 h，取出后放入干燥箱中烘干。
（4）放入陶瓷坩埚，放入通入氮气的保护气体的炉中，10 ℃/min升温至1000 ℃，保温1 h。
（5）停止加热，继续通入氮气，待炉温降低至室温，取出样品，得到MoO2/SnO2复合石墨烯包覆棉碳纤维材料。
实施例5：
本实施例中提供一种MoO2/SnO2复合石墨烯包覆棉碳纤维材料的制备方法，具体制备方法如下。
（1）将无纺棉浸入7 mg/ml的GO溶液中，超声1 h，其中无纺棉为天然棉花制备的无纺棉，GO为Hummers法制备的GO，GO溶液为前期经过超声处理2 h的GO溶液。
（2）放入低温冰箱冷冻30 h，放入冷冻干燥机冷冻干燥48 h，得到氧化石墨烯包覆无纺棉纤维，其中低温冰箱温度为-35 ℃。
（3）制备50 mg/ml的磷钼酸和氯化亚锡的无水乙醇溶液中，磷钼酸与氯化亚锡的摩尔比为1:2，将氧化石墨烯包覆无纺棉纤维浸入上述溶液，浸泡24 h，取出后放入干燥箱中烘干。
（4）放入陶瓷坩埚，放入通入氩气的保护气体的炉中，10 ℃/min升温至1000 ℃，保温1 h。
（5）停止加热，继续通入氩气，待炉温降低至室温，取出样品，得到MoO2/SnO2复合石墨烯包覆棉碳纤维材料。
以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种MoO2/SnO2复合石墨烯包覆棉碳纤维材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将无纺棉浸入氧化石墨(GO)溶液中进行超声处理；
（2）冷冻后进行冷冻干燥处理，得到氧化石墨烯包覆无纺棉纤维；
（3）磷钼酸和氯化亚锡溶于无水乙醇溶液中，将氧化石墨烯包覆无纺棉纤维浸入上述溶液，取出后放入干燥箱中烘干；
（4）放入炉中，通入保护气体，600℃～1400 ℃保温1～10 h；
（5）停止加热，继续通入保护气体，待炉温降低至室温，取出样品，即得MoO2/SnO2复合石墨烯包覆棉碳纤维材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述无纺棉为天然棉花制成的无纺棉。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中GO浓度为0.5~15 mg/ml。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中GO为Hummers法制备的GO。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中GO溶液为前期经过超声处理1~2 h的GO溶液。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中超声处理时间为0.5~2h。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中冷冻需要在低温冰箱或液氮中进行冷冻，温度低于-30 ℃。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中磷钼酸与氯化亚锡无水乙醇溶液的浓度为5~30 mg/ml。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中磷钼酸与氯化亚锡的摩尔比为1:10~10:1。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)和(5)中保护气体为氮气或氩气。
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