[发明专利]一种多孔FeS2

说明书

本发明涉及复合材料技术领域，为解决传统电极材料体积容量低的问题，提供了一种多孔FeS₂@Fe₇S₈/石墨烯三维致密宏观体的制备方法及应用，制备方法包括以下步骤：(1)制备氧化石墨烯/Fe‑MOF复合凝胶；(2)干燥处理，制备氧化石墨烯/Fe‑MOF三维致密宏观体；(3)煅烧、硫化处理，得多孔FeS₂@Fe₇S₈/石墨烯三维致密宏观体。本发明制备工艺操作简单、条件温和、所用试剂来源广泛，对设备无特殊要求，能够批量化或工业化生产；制备的多孔FeS₂@Fe₇S₈/石墨烯三维致密宏观体机械性能好，同时具有高密度、高体积容量及高体积能量密度的特性，可广泛应用于能源、环境或柔性器件等领域。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种FeS₂@Fe₇S₈/石墨烯三维致密宏观体的制备方法及应用。

背景技术

随着化石燃料的快速枯竭以及对可穿戴和便携式电子设备以及电动车辆的不断增长的需求，高性能储能装置的开发已成为全球关注的问题。在过去的几十年中，已经广泛探索了具有高能量密度的锂离子电池(LIB)。然而，安全问题和高成本限制了它们的实际应用。

此外，通过将它们与碳纳米材料杂化，可以进一步提高速率性能。已经证明，构建多孔纳米结构是Fe-Zn电池的良好策略，因为它们具有大的表面积，短的离子扩散长度和快速的电荷传输。然而，由于孔隙丰富且电极材料密度低，该策略不可避免地降低了它们的体积容量。体积能量密度是实际应用中最重要的考虑因素之一，特别是在小型和便携式电子设备中。为满足这种需求，迫切需要开发具有高重量和体积能量密度的新电极材料。

中国专利文献上公开了“一种FeS₂黄铁矿微球的制备方法及其应用”，其公告号为CN 103950890A，该发明制得的FeS₂黄铁矿在半导体敏化太阳能电池中对电解质的催化再生表现出极为突出的电催化活性，可以代替贵金属Pt作为敏化太阳能电池的对电极材料，使电池具有较高的光电转换效率。但是FeS₂黄铁矿微球的机械强度太低，容易影响电池的使用寿命。因此，开发一种温和、简单、普适的方法，构筑组份分布均匀，形貌和结构可控的、机械强度较高的铁基硫化物复合电极材料具有十分重要的意义。

发明内容

本发明为了克服传统电极材料体积容量低的问题，提供了一种多孔FeS₂@Fe₇S₈/石墨烯三维致密宏观体的制备方法，该方法操作简单，对设备无特殊要求，能够大规模工业化生产；采用该方法制得的多孔FeS₂@Fe₇S₈/石墨烯三维致密宏观体机械性能好，同时具有高密度、高体积容量及高体积能量密度的特性。

本发明还提供了一种多孔FeS₂@Fe₇S₈/石墨烯三维致密宏观体作为新型电极材料在能源、环境或柔性器件领域中的应用。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种多孔FeS₂@Fe₇S₈/石墨烯三维致密宏观体的制备方法，包括以下步骤：

(1)将氧化石墨烯分散液和Fe-MOF晶体粉末于密闭条件下混合搅拌均匀，得到氧化石墨烯 /Fe-MOF复合凝胶；

(2)将步骤(1)所得的氧化石墨烯/Fe-MOF复合凝胶进行干燥，得氧化石墨烯(GO)/Fe-MOF 三维致密宏观体，即多孔FeS₂@Fe₇S₈/石墨烯三维致密宏观体前驱体；