專(zhuān)利名稱(chēng)：一種應(yīng)用于電極材料的氧化石墨-硫化鎘復(fù)合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電極材料無(wú)機(jī)合成技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種應(yīng)用于電極材料的氧化石墨-硫化鎘復(fù)合物的制備方法。
背景技術(shù)：
能源是人類(lèi)社會(huì)存在和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，是推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)力。在新世紀(jì)，我國(guó)面臨著能源供給安全和經(jīng)濟(jì)安全的問(wèn)題。這種嚴(yán)峻的能源形勢(shì)下，各類(lèi)新型能源亟待開(kāi)發(fā)。其中超級(jí)電容器因具有出色的脈沖充放電性能以及傳統(tǒng)電容器所不具備的大容量?jī)?chǔ)能性能而引起了國(guó)內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注。包括具有優(yōu)良電化學(xué)性能的金屬硫化物，金屬氧化物及其復(fù)合材料等均被看做制備超級(jí)電容器的潛在電極材料而受到關(guān)注。碳材料是最早也是目前廣泛研究和應(yīng)用的超級(jí)電容器電極材料，硫化鎘是一種典型的II B- VI A族半導(dǎo)體材料，但如何使二者均勻的復(fù)合仍是目前面臨的難題。申請(qǐng)公布號(hào)CN101559918(申請(qǐng)?zhí)?00910050333.4)的中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)公開(kāi)了一種應(yīng)用于光電轉(zhuǎn)化的石墨烯/硫化鎘量子點(diǎn)復(fù)合材料的制備方法，取一定量的石墨粉，在強(qiáng)烈的氧化條件下將其氧化得到的氧化石墨，將其配制成一定濃度的單層氧化石墨片溶液，然后在水合肼還原劑溶液中，在95°C下攪拌15 h，得到還原產(chǎn)物，即為單層石墨烯黑色固體；將所述石墨烯固體與二水合乙酸鎘以摩爾比1:1配合成混合物，分散于一定體積的二甲亞砜溶液中，并在超聲處理一段時(shí)間后，將其轉(zhuǎn)到反應(yīng)釜中，在150 200°C下退火8 16h，產(chǎn)物經(jīng)丙酮和乙醇反復(fù)多次洗滌后即得到石墨烯/硫化鎘量子點(diǎn)復(fù)合材料。該技術(shù)存在如下缺陷或不足:其制備過(guò)程中使用有毒藥品二甲亞砜，較危險(xiǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種應(yīng)用于電極材料的氧化石墨-硫化鎘復(fù)合物及其制備方法。結(jié)合在水介質(zhì)中氧化石墨烯膠體顆粒帶負(fù)電荷的特點(diǎn)，本發(fā)明選用陽(yáng)離子型表面活性劑-十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)，通過(guò)形成微乳液來(lái)制備硫化鎘于氧化石墨的復(fù)合物。整個(gè)制備過(guò)程簡(jiǎn)單、快捷，是一種典型的環(huán)境友好型技術(shù)。一種應(yīng)用于電極材料的氧化石墨-硫化鎘復(fù)合物，由如下制備方法制備:
(O制備氧化石墨:以石墨粉為原料，以休謨法制備氧化石墨，用二次水離心清洗滌后置于真空干燥箱60 °C,24 h得干燥氧化石墨；
(2)制備反相微乳液:將氧化石墨、環(huán)己烷、曲拉通、表面活性劑、鎘鹽按一定比例混合，劇烈攪拌得A液；將氧化石墨、環(huán)己烷、曲拉通、表面活性劑、硫源按一定比例混合，劇烈攪拌得B液；將A/B混合后，輕微攪拌得到反相微乳液；
(3)水熱法制備氧化石墨-硫化鎘復(fù)合物:把微乳液轉(zhuǎn)入水熱釜中，最后將水熱釜轉(zhuǎn)入烘箱中加熱，得氧化石墨-硫化鎘復(fù)合物。前面所述的氧化石墨-硫化鎘復(fù)合物，優(yōu)選的方案是，步驟(I)離心速度為10000r/min，時(shí)間為 10 min。前面所述的氧化石墨-硫化鎘復(fù)合物，優(yōu)選的方案是，其特征是，步驟(2)A液的攪拌時(shí)間10-20 min,優(yōu)選15 min。前面所述的氧化石墨-硫化鎘復(fù)合物，優(yōu)選的方案是，其特征是，步驟(2)B液的攪拌時(shí)間10-20 min,優(yōu)選15 min。前面所述的氧化石墨-硫化鎘復(fù)合物，優(yōu)選的方案是，步驟(2)混合溶液的攪拌時(shí)間 10-30 min,優(yōu)選 20 min。前面所述的氧化石墨-硫化鎘復(fù)合物，優(yōu)選的方案是，步驟(2)表面活性劑為十六
燒基二甲基漠化按。前面所述的氧化石墨-硫化鎘復(fù)合物，優(yōu)選的方案是，步驟(2)所述的一定比例是20 mg氧化石墨:30 mL環(huán)己燒:4 mL曲拉通:0.4 g十六燒基三甲基溴化銨:2 mL CdCl2
/Na2S溶液。前面所述的氧化石墨-硫化鎘復(fù)合物，優(yōu)選的方案是，步驟(3)水熱溫度為120°C，時(shí)間為48 h。前面所述的氧化石墨-硫化鎘復(fù)合物，優(yōu)選的方案是，步驟(I)所用的石墨粉為天然鱗片狀石墨粉。本發(fā)明還提供了氧化石墨-硫化鎘復(fù)合物的電化學(xué)性能的測(cè)定，是以氧化石墨-硫化鎘復(fù)合物作為活性材料，以80:15:5的質(zhì)量比取活性物質(zhì)、乙炔黑和聚四氟乙烯，混合后調(diào)成粘桐狀，均勾的涂覆在泡沫鎮(zhèn)上，涂覆面積為I cmXl cm,供干后在12 MPa壓力下持續(xù)壓I min ;選擇甘汞電極為參比電極，鉬電極為輔助電極，與工作電極構(gòu)成三電極體系，測(cè)其電性能。本發(fā)明公開(kāi)的是一種應(yīng)用于電極材料的氧化石墨-硫化鎘復(fù)合物的制備方法。本發(fā)明首先以休謨法制備了氧化石墨，然后將環(huán)己烷、曲拉通、表面活性劑、氧化石墨、鎘鹽按一定比例混合，劇烈攪拌得A液；將環(huán)己烷、曲拉通、表面活性劑、硫源按一定比例混合，劇烈攪拌得B液;A/B混合后，輕微攪拌得到反相微乳液體系；把微乳液轉(zhuǎn)入水熱釜中，再將水熱釜轉(zhuǎn)入烘箱中加熱，得氧化石墨-硫化鎘復(fù)合物。最后以制備的材料作為活性物質(zhì)，測(cè)其電性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)該復(fù)合物具有較好的電化學(xué)性能。該方法工藝簡(jiǎn)單、易于操作，并且制備過(guò)程最大限度的避免了對(duì)環(huán)境的污染，是一種綠色、環(huán)境友好的制備技術(shù)，所制備的復(fù)合物作為電極材料在超域?qū)⒕哂袕V闊的應(yīng)用前景。本發(fā)明的工作原理描述如下:選用適當(dāng)?shù)胤磻?yīng)環(huán)境(環(huán)己烷/水)，由于水能很好地溶解無(wú)機(jī)鹽(硫源和鎘鹽)及氧化石墨，而環(huán)己烷是曲拉通的良好溶劑。水與環(huán)己烷雖不互溶，但在強(qiáng)烈攪拌及表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)的作用下，可形成反相膠束，得到微乳液體系。具體過(guò)程:在溶有無(wú)機(jī)鹽及氧化石墨的水溶液中同時(shí)加入環(huán)己烷和曲拉通，將會(huì)形成兩相共存的體系。即液相的環(huán)己烷和曲拉通以及溶液相的包含無(wú)機(jī)鹽、氧化石墨的水溶液。加入十六烷基三甲基溴化銨后劇烈攪拌，制造一個(gè)穩(wěn)定的油包水(W/0)微乳體系。其中高度分散的氧化石墨及鹽離子被限制在微乳液滴中，同時(shí)微乳液滴被十六烷基三甲基溴化銨穩(wěn)定在油相中。其中一個(gè)液滴中僅有極少量的鹽離子及氧化石墨，故會(huì)得到尺寸較小的產(chǎn)物。表面活性劑的加入既能使硫化鎘顆粒與氧化石墨更好的結(jié)合，又可抑制氧化石墨片層的團(tuán)聚，同時(shí)可使液滴穩(wěn)定的存在于油相中，還會(huì)防止硫化鎘顆粒的團(tuán)聚，整個(gè)制備過(guò)程方便快捷，環(huán)境友好，顯示了良好的應(yīng)用前景。除此之外，本發(fā)明還具有如下有益效果:
1、采用微乳液水熱法來(lái)制備氧化石墨-硫化鎘復(fù)合物，該方法尚屬首次報(bào)道；
2、首次通過(guò)表面活性劑來(lái)連結(jié)氧化石墨與硫化鎘，解決兩種物質(zhì)之間的潔面問(wèn)題；
3、循環(huán)伏安特征曲線(xiàn)顯示產(chǎn)物具有良好的電化學(xué)性能，可應(yīng)用在制備電極材料方面。


圖1是實(shí)施例1制備的氧化石墨-硫化鎘復(fù)合物的SEM圖片。圖2氧化石墨-硫化鎘復(fù)合物作為電極材料的循環(huán)伏安特征曲線(xiàn)。
具體實(shí)施例方式為了顯示本發(fā)明的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步，用下列非限定性實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明實(shí)施方式及效果。實(shí)施例1 一種應(yīng)用于電極材料的氧化石墨-硫化鎘復(fù)合物的制備方法，制備步驟是:
(O制備氧化石墨:以石墨粉為原料，以休謨法制備氧化石墨，用二次水離心清洗滌后置于真空干燥箱60 °C,24 h得干燥氧化石墨；
(2)制備微乳液:在100mL的錐形瓶中加入20 mg氧化石墨、30 mL環(huán)己燒、4 mL曲拉通X-1O ( OP)、0.4 g十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)和2 mL CdCl2溶液，然后強(qiáng)烈攪拌15min，得A液。將A中的CdCl2換為Na2S,然后強(qiáng)烈攪拌15 min,得B液。A/B混合后，輕微攪拌得到反相微乳液體系；
(3)水熱法制備氧化石墨-硫化鎘復(fù)合物:將微乳液轉(zhuǎn)入100mL水熱爸中，最后將水熱釜轉(zhuǎn)入烘箱中于140 °C加熱48 h后冷卻至室溫，得復(fù)合物。先用丙酮破乳，然后離心分離，所得沉淀用無(wú)水乙醇超聲洗滌3次，洗去沉淀表面吸附的表面活性劑和其它有機(jī)溶劑后得到產(chǎn)物。圖1是氧化石墨-硫化鎘復(fù)合物的SEM圖片。由圖1可知硫化鎘顆粒尺寸單一且分散均勻，氧化石墨片層像薄紗一樣包覆在半導(dǎo)體顆粒外。實(shí)施例2 —種應(yīng)用于電極材料的氧化石墨-硫化鎘復(fù)合物的制備方法，制備步驟如實(shí)施例1，但不同的是，實(shí)施例1中氧化石墨與鎘鹽的物質(zhì)的量之比為1:1，實(shí)施例2中比值為2:1。實(shí)施例3 —種應(yīng)用于電極材料的氧化石墨-硫化鎘復(fù)合物的制備方法，制備步驟如實(shí)施例1，但不同的是，實(shí)施例1中氧化石墨與鎘鹽的物質(zhì)的量之比為1:1，實(shí)施例2中比值為5:1。實(shí)施例4 一種應(yīng)用于電極材料的氧化石墨-硫化鎘復(fù)合物的制備方法，制備步驟如實(shí)施例1，但不同的是，實(shí)施例1中氧化石墨與鎘鹽的物質(zhì)的量之比為1:1，實(shí)施例2中比值為10 =10實(shí)驗(yàn)例實(shí)施例1所得氧化石墨-硫化鎘復(fù)合物的電化學(xué)性能測(cè)試:以氧化石墨-硫化鎘復(fù)合物作為活性材料，以80:15:5的質(zhì)量比取活性物質(zhì)、乙炔黑和聚四氟乙烯，混合后調(diào)成粘桐狀，均勾的涂覆在泡沫鎮(zhèn)上，涂覆面積為I cmXl cm,供干后在12 MPa壓力下持續(xù)壓I min ;選擇甘汞電極為參比電極，鉬電極為輔助電極，與工作電極構(gòu)成三電極體系，測(cè)其電性能。圖2氧化石墨-硫化鎘復(fù)合物作為電極材料的循環(huán)伏安特征曲線(xiàn)。由圖2可看到曲線(xiàn)中兩個(gè)尖銳的氧化、還原特征峰，表明產(chǎn)品具有較強(qiáng)的氧化還原能力.根據(jù)公式C=I/[(dv/dt)m]，其中I為電流，V為電壓，t為時(shí)間，m為活性物質(zhì)質(zhì)量，計(jì)算得比電容為131.25 F/g,比報(bào)道過(guò)的石墨烯/SnO2和石墨烯/ZnO復(fù)合材料電極的比電容大。本發(fā)明基于國(guó)家自然科學(xué)基金(N0.51172102)的支持。顯然，本發(fā)明的上述實(shí)施例僅為清楚地說(shuō)明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述舉例的基礎(chǔ)上還可以做其他不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案所引申出的顯而易見(jiàn)的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之列。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用于電極材料的氧化石墨-硫化鎘復(fù)合物，其特征是，由如下制備方法制備: (1)制備氧化石墨:以石墨粉為原料，以休謨法制備氧化石墨，用二次水離心清洗滌后置于真空干燥箱60 °C,24 h得干燥氧化石墨； (2)制備反相微乳液:將氧化石墨、環(huán)己烷、曲拉通、表面活性劑、鎘鹽按一定比例混合，劇烈攪拌得A液；將氧化石墨、環(huán)己烷、曲拉通、表面活性劑、硫源按一定比例混合，劇烈攪拌得B液；將A/B混合后，輕微攪拌得到反相微乳液； (3)水熱法制備氧化石墨-硫化鎘復(fù)合物:把微乳液轉(zhuǎn)入水熱釜中，最后將水熱釜轉(zhuǎn)入烘箱中加熱，得氧化石墨-硫化鎘復(fù)合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化石墨-硫化鎘復(fù)合物，其特征是，步驟(I)離心速度為10000 r/min，時(shí)間為 10 min。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化石墨-硫化鎘復(fù)合物，其特征是，步驟(2)A液的攪拌時(shí)間 10-20 min,優(yōu)選 15 min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化石墨-硫化鎘復(fù)合物，其特征是，步驟(2)B液的攪拌時(shí)間 10-20 min,優(yōu)選 15 min。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化石墨-硫化鎘復(fù)合物，其特征是，步驟(2)混合溶液的攪拌時(shí)間10-30 min,優(yōu)選20 min。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化石墨-硫化鎘復(fù)合物，其特征是，步驟(2)表面活性劑為十六烷基三甲基溴化銨。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的氧化石墨-硫化鎘復(fù)合物，其特征是，步驟(2)所述的一定比例是20 mg氧化石墨:30 mL環(huán)己燒:4 mL曲拉通:0.4 g十六燒基三甲基溴化銨:2 mLCdCl2 /Na2S 溶液。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化石墨-硫化鎘復(fù)合物，其特征是，步驟(3)水熱溫度為120 °C，時(shí)間為 48 h0
9.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一所述的氧化石墨-硫化鎘復(fù)合物，其特征是，步驟(I)所用的石墨粉為天然鱗片狀石墨粉。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一所述的氧化石墨-硫化鎘復(fù)合物的電化學(xué)性能的測(cè)定，其特征是，以氧化石墨-硫化鎘復(fù)合物作為活性材料，以80:15:5的質(zhì)量比取活性物質(zhì)、乙炔黑和聚四氟乙烯，混合后調(diào)成粘稠狀，均勻的涂覆在泡沫鎳上，涂覆面積為I cmXl cm，烘干后在12 MPa壓力下持續(xù)壓I min;選擇甘汞電極為參比電極，鉬電極為輔助電極，與工作電極構(gòu)成三電極體系，測(cè)其電性能。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種應(yīng)用于電極材料的氧化石墨-硫化鎘復(fù)合物及其制備方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)該復(fù)合物具有較好的電化學(xué)性能。該方法工藝簡(jiǎn)單、易于操作，并且制備過(guò)程最大限度的避免了對(duì)環(huán)境的污染，是一種綠色、環(huán)境友好的制備技術(shù)，所制備的復(fù)合物作為電極材料在超級(jí)電容器領(lǐng)域?qū)⒕哂袕V闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)H01G11/30GK103093968SQ20131002109
公開(kāi)日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2013年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月21日
發(fā)明者邵鑫, 王敏, 劉鳳珍, 劉雪華, 孟憲華 申請(qǐng)人:聊城大學(xué)