[发明专利]一种含有硫空位的硫化锌/rGO复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于新能源材料技术领域，具体涉及一种硫化锌/rGO复合材料及其制备方法和应用。一种含有硫空位的硫化锌/rGO复合材料的制备方法：ZnS/GO的制备：将二硫化碳逐滴加入到乙二胺水溶液中，命名为A溶液；将氧化石墨烯GO加入到乙二醇溶液中超声处理，命名为B溶液，将B溶液加入到A溶液中并连续搅拌得混合溶液，在搅拌下向混合物中滴加硝酸锌溶液，加热待溶液冷却至室温后，离心，洗涤，干燥物为ZnS/GO；将步骤（1）制备的ZnS/GO在氩氢混合气下，高温还原，得到含有硫空位的ZnS_1‑x/rGO。本发明采用一种简单，安全的一锅湿化学载硫方法，摒弃了传统的熔融扩散法，降低了损耗，且活性硫的载量高达90%。

技术领域

本发明属于新能源材料技术领域，具体涉及一种硫化锌/rGO复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

目前，环境污染和能源短缺已经成为当今人类社会发展面临的的两大严峻危机，其迫使人们不得不开发新的绿色能源以代替传统的化石能源。风能、太阳能、潮汐能等属于可再生能源，但由于时间和空间分布的不均匀性，需要相应的能量存储装置配套使用。因此，开发一种安全，稳定，高效，环保的储能装置是缓解能源和环境危机的核心目标。随着人们对移动应用设备和大规模能量存储需求的迅速增加，尤其是电动汽车的迅速发展，如钴酸锂、锰酸锂等常规锂离子电池已经无法满足人们的需求。在新一代的可充电电池中，由于单质硫的高理论容量（1675 mAh g^-1）和其与金属锂构成的锂硫电池比能量更是高达（2600Wh kg^-1），且单质硫在自然界中资源储量丰富，价格低廉且环境友好，使锂硫电池在电化学储能应用方面具有良好的发展前景。然而，其实际应用仍然受诸多因素限制，尤其是：活性物质硫和放电产物的绝缘性、中间产物多硫化物的穿梭效应、硫正极在循环过程中大的体积变化等，严重阻碍了锂硫电池的发展和实际应用。

现今，低硫载量和多硫化物的穿梭效应是锂硫电池商业化所面临的两个关键挑战。由此，《能源与环境科学》杂志（Energy Environ. Sci,2017,10: 1476-1486.）报道了一种以硫缺陷二硫化钼纳米片作为正极材料并应用于锂硫电池，活性物质硫载量为78%，其在0.5C下，首圈放电比容量为1159 mAhg^-1，500个循环后平均每圈容量衰减为643 mAhg^-1，相应的平均每圈容量衰减率为0.09%，电化学性能较差。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的是提供了一种含有硫空位的硫化锌/rGO复合材料，该复合材料具有优良的电化学性能。

本发明还提供了上述复合材料的制备方法，所述制备方法简单，易行。

本发明还提供了上述复合材料在锂硫电池中的应用。

本发明为了实现上述目的所采用的技术方案为：

一种含有硫空位的硫化锌/rGO复合材料的制备方法，其特征在于，采用以下步骤：

（1）ZnS/GO的制备：将0.1-0.136 mL二硫化碳逐滴加入到40-68mL乙二胺溶液中，命名为A溶液；将30-60 mg氧化石墨烯GO加入到50-80 mL乙二醇溶液中超声处理，命名为B溶液，将B溶液加入到A溶液中并连续搅拌得混合溶液，在搅拌下向混合溶液中滴加34 mL浓度为0.05 moL/L的硝酸锌溶液，加热反应，待溶液冷却至室温后，离心，用乙醇洗涤数次，将沉淀物在30-60 ^oC下干燥12 h，干燥物为ZnS/GO；

（2）ZnS_1-x/rGO的制备：将步骤（1）制备的ZnS/GO在氩氢混合气下，高温还原，得到含有硫空位的ZnS_1-x/rGO。