CN114284077A - 一种还原氧化石墨烯/二氧化锡电极材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明主要涉及了一种还原氧化石墨烯/二氧化锡电极材料的制备方法，该方法属于纳米复合材料的技术领域，该方法通过高温水热的方式，使得氧化石墨烯发生还原反应，生成具有良好的分散性和结构稳定性的还原氧化石墨烯；结晶四氯化锡在反应过程中逐渐水解生成锡离子的氢氧化物，在高温高压的环境下结晶析出生成二氧化锡，最后利用水热釜中高温重结晶的原理将还原后的产物复合制备出还原氧化石墨烯/二氧化锡材料。本发明方法具有制备工艺简单、成本低、环境友好的优点，所得复合材料在电池、超级电容器、电子工业等技术领域都有着广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及纳米复合材料领域，具体涉及一种还原氧化石墨烯/二氧化锡电极材料的制备方法。
背景技术
电极材料作为决定超级电容器储电能力优劣的关键，一直是研究的热门。石墨烯的片层状结构和表面丰富的活性位点为其作为电极材料提供了潜在的可能，使其相比传统电极材料更具优势。这是因为石墨烯作为电极材料，可以为电解质中离子提供更大的流动空间，有利于提高离子扩散率，从而提高材料的导电性能与储电能力。而二氧化锡作为一种导电金属氧化物，具有优秀的导电性能，可以完美与石墨烯表面的活性位点进行掺杂从而提升其结构稳定性。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出了一种还原氧化石墨烯/二氧化锡电极材料的制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种电极材料制备方法，包括：
步骤1：取氧化石墨烯和去离子水混合配成水溶液并超声分散；
步骤2：取结晶SnCl4·5H2O颗粒加入到上述氧化石墨烯溶液中；
步骤3：取水解剂加入到上述氧化石墨烯溶液中并超声分散；
步骤4：取还原剂液滴加到上述氧化石墨烯的混合溶液中并磁力搅拌；
步骤5：将上述分散均匀的混合溶液加入到水热釜内衬中，再放入水热釜中并置于恒温干燥箱中反应；
步骤6：将反应后的溶液放入砂芯抽滤装置中对产物进行抽滤，抽滤完毕之后，使用无水乙醇和去离子水依次清洗产物，取出砂芯漏斗上的产物置于冷冻干燥机中恒温干燥获得电极材料。
可选地，所需原料为氧化石墨烯和结晶SnCl4·5H2O。
可选地，所述步骤1中氧化石墨烯的质量分数为：20％-40％。
可选地，所述步骤2中结晶四氯化锡的质量分数为2.5％-15％。
可选地，所述步骤1中氧化石墨烯和步骤2中结晶四氯化锡的质量比为16：1～16：5。
可选地，所述步骤3中水解剂和步骤4中还原剂的质量比为5：64。
可选地，所述水解剂为氢氧化钠。
可选地，所述还原剂为水合肼。
上述任一所述的制备方法制得的电极材料。
本发明的有益效果：
1)还原氧化石墨烯/二氧化锡复合材料相比单体材料拥有更好的结构稳定性。
2)还原氧化石墨烯/二氧化锡复合材料拥有更大的有效比表面积使得电子和离子容易迁移，从而提升电极材料的导电性能。
3)还原氧化石墨烯/二氧化锡复合材料可以在进行充放电时保持电极材料的稳定性，避免了电极的过早老化和破坏，从而提升了电极材料的储电性能和循环稳定性。
4)本发明采用的高温水热法相比其他方法，在制备工艺上简单可控，原料成本低，对环境友好，可进行大规模制备，有着很好的应用前景。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本申请的制备方法中的石墨烯的SEM图，
图2为本申请的制备方法中的还原氧化石墨烯/二氧化锡的TEM。
图3-图8为本申请的制备方法中的二氧化锡与还原氧化石墨烯/二氧化锡的CV曲线图和GCD曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
1)取80mg氧化石墨烯加入到30mL去离子水中配成水溶液，超声震荡30min，再取5mg结晶四氯化锡和5mg氢氧化钠颗粒加入到上述氧化石墨烯溶液中并超声分散10min。
2)取质量比80％的水合肼80mg逐滴滴加到上述超声后的溶液中并磁力搅拌5min。
3)将上述分散均匀的混合溶液加入到容量100mL的水热釜内衬中，再放入金属水热釜中并置于恒温干燥箱中180℃反应24h。再将反应完全的后溶液放入砂芯抽滤装置中对产物进行抽滤，抽滤完毕之后，使用无水乙醇和去离子水依次清洗产物2～3次，取出砂芯漏斗上的产物置于冷冻干燥机中恒温干燥12h即可得到还原氧化石墨烯/二氧化锡的复合材料。
4)为进一步研究还原氧化石墨烯/二氧化锡的电学性能，对其进行电学性能测试。取80mg氧化石墨烯和5mg结晶四氯化锡为实验对象；图3和图4分别为二氧化锡与复合材料的CV曲线和GCD曲线。图3中曲线的积分面积越大代表材料的比电容越大，而复合物的积分面积比二氧化锡的大，也就意味着比电容更大，因此可以断定二氧化锡的加入使电学性能得到了提升。图4中石墨烯与二氧化锡复合之后，根据公式Csp＝∫IΔt/(mΔU)，放电时间增长，比电容均有所提高。当电流密度为1.0A/g时，二氧化锡的比电容为185.25F/g，还原氧化石墨烯/二氧化锡的比电容为201.32F/g。
实施例二
1)取80mg氧化石墨烯加入到30mL去离子水中配成水溶液，超声震荡30min，再取15mg结晶四氯化锡和5mg氢氧化钠颗粒加入到上述氧化石墨烯溶液中并超声分散10min。
2)取质量比80％的水合肼80mg逐滴滴加到上述超声后的溶液中并磁力搅拌5min。
3)将上述分散均匀的混合溶液加入到容量100mL的水热釜内衬中，再放入金属水热釜中并置于恒温干燥箱中180℃反应24h。再将反应完全的后溶液放入砂芯抽滤装置中对产物进行抽滤，抽滤完毕之后，使用无水乙醇和去离子水依次清洗产物2～3次，取出砂芯漏斗上的产物置于冷冻干燥机中恒温干燥12h即可得到还原氧化石墨烯/二氧化锡的复合材料。
4)为进一步研究还原氧化石墨烯/二氧化锡的电学性能，对其进行电学性能测试。取80mg氧化石墨烯和15mg结晶四氯化锡为实验对象；图5和图6分别为二氧化锡与复合材料的CV曲线和GCD曲线。图5中曲线的积分面积越大代表材料的比电容越大，而复合物的积分面积比二氧化锡的大，也就意味着比电容更大，因此可以断定二氧化锡的加入使电学性能得到了提升。图6中石墨烯与二氧化锡复合之后，根据公式Csp＝∫IΔt/(mΔU)，放电时间增长，比电容均有所提高。当电流密度为1.0A/g时，二氧化锡的比电容为185.25F/g，还原氧化石墨烯/二氧化锡的比电容为413.63F/g。
实施例三
1)取80mg氧化石墨烯加入到30mL去离子水中配成水溶液，超声震荡30min，再取25mg结晶四氯化锡和5mg氢氧化钠颗粒加入到上述氧化石墨烯溶液中并超声分散10min。
2)取质量比80％的水合肼80mg逐滴滴加到上述超声后的溶液中并磁力搅拌5min。
3)将上述分散均匀的混合溶液加入到容量100mL的水热釜内衬中，再放入金属水热釜中并置于恒温干燥箱中180℃反应24h。再将反应完全的后溶液放入砂芯抽滤装置中对产物进行抽滤，抽滤完毕之后，使用无水乙醇和去离子水依次清洗产物2～3次，取出砂芯漏斗上的产物置于冷冻干燥机中恒温干燥12h即可得到还原氧化石墨烯/二氧化锡的复合材料。
4)为进一步研究还原氧化石墨烯/二氧化锡的电学性能，对其进行电学性能测试。取80mg氧化石墨烯和不同质量结晶四氯化锡(5mg、15mg、25mg)为实验对象；图7和图8分别为不同质量二氧化锡与复合材料的CV曲线和GCD曲线。图7中曲线的积分面积越大代表材料的比电容越大，而复合物的积分面积比二氧化锡的大，也就意味着比电容更大，可以得出比电容大小为15mgSnO2＞25mgSnO2＞5mgSnO2＞SnO2。因此可以断定二氧化锡的加入使电学性能得到了提升。图8中石墨烯与二氧化锡复合之后，根据公式Csp＝∫IΔt/(mΔU)，放电时间增长，比电容均有所提高。当电流密度为1.0A/g时，二氧化锡的比电容为185.25F/g，5mg二氧化锡复合物的比电容为201.32F/g，15mg二氧化锡复合物的比电容为413.63F/g，25mg二氧化锡复合物的比电容为314.54F/g。复合过后的石墨烯材料，因为比表面积的增大，使电解质中离子在其层间的流动速率提升，从而使电流增大，比电容持续升高。同时纳米二氧化锡也拥有良好的导电性，在两者协同作用下，相比单一材料表现出更加优异的电容性能。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
Claims (8)
1.一种电极材料制备方法，其特征在于，包括：
步骤1：取氧化石墨烯和去离子水混合配成水溶液并超声分散；
步骤2：取结晶SnCl4·5H2O颗粒加入到上述氧化石墨烯溶液中；
步骤3：取水解剂加入到上述氧化石墨烯溶液中并超声分散；
步骤4：取还原剂液滴加到上述氧化石墨烯的混合溶液中并磁力搅拌；
步骤5：将上述分散均匀的混合溶液加入到水热釜内衬中，再放入水热釜中并置于恒温干燥箱中反应；
步骤6：将反应后的溶液放入砂芯抽滤装置中对产物进行抽滤，抽滤完毕之后，使用无水乙醇和去离子水依次清洗产物，取出砂芯漏斗上的产物置于冷冻干燥机中恒温干燥获得电极材料。
2.根据权利要求1所述的电极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中氧化石墨烯的质量分数为：20％-40％。
3.根据权利要求1所述的电极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2中结晶四氯化锡的质量分数为2.5％-15％。
4.根据权利要求1所述的电极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中氧化石墨烯和步骤2中结晶四氯化锡的质量比为16：1～16：5。
5.根据权利要求1所述的电极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3中水解剂和步骤4中还原剂的质量比为5：64。
6.根据权利要求1所述的电极材料的制备方法，其特征在于，所述水解剂为氢氧化钠。
7.根据权利要求1所述的电极材料的制备方法，其特征在于，所述还原剂为水合肼。
8.权利要求1～7任一所述的制备方法制得的电极材料。
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