[发明专利]一种硫化锌‑石墨烯纳米复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子用电池复合材料以及光电器件设计领域，具体涉及一种硫化锌-石墨烯纳米复合材料的制备方法。

背景技术

2004年，Geim等从石墨中成功地剥离得到单层石墨烯，由此掀起了对石墨烯的全面研究。石墨烯是一种仅有单原子层厚度的蜂窝状二维碳质新材料，具有优异的电、力和热等性质及高比表面积，场发射、气体传感器、生物传感器、场效应晶体管、透明电极、催化剂载体或电池等领域有潜在的巨大应用价值。

另外，金属硫化物具有奇特的光学、电学、磁学、力学以及催化等性能，在太阳能电池、半导体激光器、光存储器、光电导器件、光开关、表面声波器件、光电子器件缓冲层、荧光标记、生物检测、免疫分析等方面有广阔的应用前景，成为材料学家和化学家热切关注的领域之一。ZnS是重要的宽禁带（禁带宽带为3.7eV）、直接带隙族-族半导体材料，是迄今为止粉末电致发光的最佳基质，光传导性好，在可见光及红外范围内的分散度低，且又是多种粒子的高效基质，具有热红外透明性、荧光和磷光等独特的光物理特性，在光致发光和电致发光器件、太阳能电池、红探外测器和激光器等领域有着重要的用途，应用十分广泛。

当石墨烯包覆在半导体纳米材料表面形成半导体/石墨烯纳米复合材料时，石墨烯具有优异的电子传输特性，可以作为二维网络结构的电子收集者和运输者接收和输送半导体产生的光致电子，大大减少电子-空穴对的复合几率，从而提高复合材料的光催化活性。将硫化锌纳米材料与石墨烯复合能够充分发挥二者的优异特性。这类材料不仅利用了半导体纳米材料的优点，对光电具有敏感性，而且还利用了石墨烯的特性，在改变半导体的粒径大小和粒径分布、控制材料的电子传输性、提高材料的光电转换效率、增加半导体的稳定性以及增强材料的力学性能等方面发挥作用。

其中，硫化锌纳米粒子的形貌、粒径大小对其光电性能有重要影响。目前，较多的文献是通过一步或两步液相法制备硫化锌/石墨烯复合材料。但是该种方法过程复杂，所需原料种类繁多，影响因素多，不适合扩大化生产。因此，发明一种简单易行的方法制备高度均匀分散硫化锌/石墨烯复合材料备受关注，在保证石墨烯片层间不团聚的前提下，使硫化锌纳米颗粒能够均匀分散在石墨烯片层上。

发明内容

本发明提供了一种电荷传递电阻很小，具有较好的电化学电容特性和荧光猝灭特性的一种硫化锌-石墨烯纳米复合材料的热分解制备方法，该方法工艺和合成设备简单，合成周期短，易于实现工业化生产。

本发明的目的是通过以下技术方案实现：一种硫化锌-石墨烯纳米复合材料的制备方法，其特征是，包括以下步骤：

(1)锌-巯基配合物的制备：将含硫配体与锌盐溶于适量去离子水或有机溶剂中混合反应，含硫配体与锌盐呈均匀分散，充分反应，磁力搅拌30～60min，再依次用有机溶剂、去离子水离心洗涤1～3次，收集乳白色沉淀，真空干燥10～30h得到锌-巯基配合物；

(2)烧结体的制备：称取一定量的锌-巯基配合物，平铺在磁舟底部，置于水平的真空烧结炉中烧结，真空烧结炉中充氮在氮气保护下，控制烧结温度及烧结时间，自然冷却到室温，得到表面附有白色粉末（未被石墨烯包覆的硫化锌晶体）的黑色固体，称此物质为烧结体；

(3)酸处理：把烧结体浸于酸溶液中浸泡一段时间后，过滤，烘干，得到硫化锌-石墨烯纳米复合材料，得到的硫化锌-石墨烯纳米复合材料具有较好的电化学电容特性和荧光猝灭特性，电荷传递电阻很小，可用在锂离子电池电极材料和光电器件的设计上。

优选的是，所述含硫配体为巯基苯并噻唑、巯基乙醇、十二烷基硫醇中的一种。

优选的是，所述锌盐为ZnCl₂、Zn(NO₃)₂、ZnSO₄、Zn(CH₃COO)₂中的一种。

优选的是，含硫配体与锌盐物质的量比为2:1。

优选的是，所述有机溶剂是甲醇、乙醇、乙二醇、异丙醇、乙醚、二甲基甲酰胺中的一种。

优选的是，烧结温度为400～600℃，烧结时间为1～5h。

优选的是，烧结体溶于酸溶液中浸泡10～40min，酸溶液体积分数为5%～20%，酸溶液可以溶解掉未被石墨烯包覆的硫化锌，使硫化锌-石墨烯纳米复合材料粒径和形状更加均匀。

优选的是，所述酸溶液是盐酸溶液、硫酸溶液、硝酸溶液、磷酸溶液中的一种。

优选的是，硫化锌-石墨烯纳米复合材料为形状、大小均匀的球状颗粒，具有石墨烯包覆硫化锌的核壳结构，核壳结构微粒小于50nm。