[发明专利]一种硫化锌@碳复合微球及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种硫化锌@碳复合微球及其制备方法与应用，包括如下步骤：S1.将葡萄糖酸锌和硫源在水中溶解后进行水热反应，经后处理，得到固体粉末；S2.将固体粉末在惰性氛围中热处理，得到硫化锌@碳复合微球。本发明提供的硫化锌@碳复合微球是结合水热法和热处理技术，以葡萄糖酸锌作为锌源和碳源制备得到。该硫化锌@碳复合微球的循环稳定性更高，导电性更强，且形貌较为均匀、产率高。并且制备工艺简单，成本低廉、可快速大量合成。该硫化锌@碳复合微球在超级电容器电极材料、锂离子电池电极材料或光电催化剂领域中具有很好的应用前景。

技术领域

本发明涉及微纳米半导体复合材料领域，更具体地，涉及一种硫化锌@碳复合微球及其制备方法与应用。

背景技术

当代社会，能源问题是全球重大问题之一，并引起了广泛的关注，寻找在储能和使用方面有优异效果的新型材料成为科学工作者的重要任务。石墨类碳材料由于其良好的循环稳定性，理想的充放电平台和较高的性价比等优点，仍是未来锂离子电池负极材料的首选。但碳材料的充放电比容量和体积比容量较低，需要开发新型负极材料来满足电池高容量化的要求。在新型非碳负极材料的研究中，Zn基材料显示出较好的循环性能，加上我国锌储量丰富，使得Zn基材料成为极有前景的负极材料。

但是，Zn基材料的金属与Li在合金化过程中存在体积效应，影响电极材料结构的稳定性。研究表明硫可以缓冲金属与Li在合金化过程中的体积效应，进一步加强结构的稳定性。现有技术中常利用无机锌和额外的碳源来制备复合材料，制备工艺复杂。

因此，需要制备一种循环稳定性更高，导电性更强的硫化锌@碳复合微球。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的循环稳定性较差的缺陷，提供一种硫化锌@碳复合微球的制备方法，该制备方法制得的硫化锌@碳复合微球循环稳定性更高，且导电性更强。

本发明的另一目的在于提供上述方法所制备的硫化锌@碳复合微球。

本发明的还一目的在于提供上述硫化锌@碳复合微球在超级电容器电极材料、锂离子电池电极材料或光电催化剂领域中的应用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种硫化锌@碳复合微球的制备方法，包括如下步骤：

S1.将葡萄糖酸锌和硫源在水中溶解后进行水热反应，经后处理，得到固体粉末；

S2.将固体粉末在惰性氛围中热处理，得到硫化锌@碳复合微球。

本发明提供的硫化锌@碳复合微球是结合水热法和热处理技术，以葡萄糖酸锌作为锌源和碳源制备得到。葡萄糖酸锌中锌与有机配体之间强的相互作用，使得制备的硫化锌@碳复合微球结构更加牢固，具有更稳定的电化学性能。碳材料有效地缓解了电极材料在充放电过程中产生的体积效应，提高了电极材料的循环稳定性能；电极材料与碳材料的复合增强了电极材料的导电性，在大电流下提高了其充放电特性。该硫化锌@碳复合微球具有良好的循环稳定性和导电性，并且制备工艺简单，不需要额外的去寻找碳源。

优选地，步骤S1.中所述葡萄糖酸锌的摩尔浓度为0.02～0.1mol/L。更优选地，步骤S1.中所述葡萄糖酸锌的摩尔浓度为0.06～0.08mol/L。葡萄糖酸锌的浓度太大，会导致硫化锌@碳复合微球尺寸过大；还会造成碳材料的含量太多，虽然碳材料对硫化锌@碳复合微球的稳定性有利，但由于碳的储锂容量比较小，会降低硫化锌@碳复合微球的储锂容量。当葡萄糖酸锌的浓度太小，使得形成的碳材料较少，不能很好地包覆硫化锌，影响硫化锌@碳复合微球的循环稳定性。进一步优选地，步骤S1.中所述葡萄糖酸锌的摩尔浓度为0.067mol/L。

优选地，步骤S1.中所述葡萄糖酸锌与硫源的摩尔比为1∶(1～5)。更优选地，步骤S1.中所述葡萄糖酸锌与硫源的摩尔比为1∶(2～4)。进一步优选地，步骤S1.中所述葡萄糖酸锌与硫源的摩尔比为1∶3。