[发明专利]具有高能量密度的硫化铜/还原氧化石墨烯复合材料及制备方法

说明书

本发明涉及一种具有高能量密度的硫化铜/还原氧化石墨烯复合材料及制备方法，针对硫化铜的低比电容、低导电性的问题，以氯化铜、硫脲及石墨为原料，首先采用改进过的Hummers法制得氧化石墨烯溶液，之后将氯化铜溶液与硫脲溶液加入其中，通过水热法，选择合适的温度90度，即可制得性能优越的硫化铜/还原氧化石墨烯复合材料。本发明方法制备的硫化铜/还原氧化石墨烯复合材料，硫化铜晶体呈现细小的颗粒状，在充放电过程中可以最大程度的进行电化学反应，使得其比电容增大。除此之外还原氧化石墨烯的大比表面积，有效提高了超级电容器的比容量和循环寿命。

技术领域

本发明属于材料科学和电化学交叉的研究领域，涉及一种具有高能量密度的硫化铜/还原氧化石墨烯复合材料及制备方法，特别涉及到在高比表面积的超级电容器电极材料制备方法。

背景技术

随着化石燃料的逐渐枯竭和人们环保意识的不断提高，新型绿色能源的开发和利用变得更加迫切。因此，锂离子电池、燃料电池、太阳能电池、超级电容器等电化学储能装置受到广泛关注。超级电容器，也称为电化学电容器，由于其高功率密度、长循环寿命、快速充放电等优点而被认为是最具潜力的电化学储能装置之一，其广泛应用于便携式电子产品、备用电源和电动汽车等领域。受限于电化学能量存储过程有限的反应速率，能量密度和功率密度总是呈此消彼长的关系，即高功率充放电(快速充放电)获得的能量低，这极大限制了超级电容器的应用。因此，制备具有能量密度高、功率密度高、循环寿命长、价格低廉和绿色环保的电极材料是目前超级电容器在能量储存和转换领域的研究热点。

超级电容器电极材料主要包括两类：用于双电层电容器的碳材料和法拉第准电容器的赝电容材料，而赝电容材料主要包括过渡金属氧化物、氢氧化物、硫化物及导电高分子等。目前，有关炭材料的研究已相对成熟。由于赝电容材料普遍存在导电性较低，循环稳定性较差等，科研工作者多转向赝电容材料和炭材料复合材料的研究。

硫化铜是一种典型的过渡金属硫化物，由于其具有独特的光、电及物理化学性质而被广泛地应用于能量储存与转化装置。随着过渡金属硫化物作为超级电容器电极材料研究热潮的兴起，基于硫化铜的混合型超级电容器应运而生。但由于硫化铜存在导电性低，比容量小的问题，我们引入比表面积较大的炭材料以改善其电化学性能。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种具有高能量密度的硫化铜/还原氧化石墨烯复合材料及制备方法。

技术方案

一种具有高能量密度的硫化铜/还原氧化石墨烯复合材料，其特征在于组份为95～80％的硫化铜，5～20％的还原氧化石墨烯；其中石墨烯为片层结构，硫化铜呈颗粒状，均匀分布于石墨烯片层上。

一种所述硫化铜/还原氧化石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于步骤如下，参与的物质含量以每份计：

步骤1、氧化石墨烯的制备：将1g石墨粉和1g硝酸钠混合，加入50mL浓硫酸后冰浴；然后加入6g高锰酸钾，反应温度低于20℃；再加入80mL蒸馏水在95℃保温30min，之后加入200mL蒸馏水和6mL质量分数为30％的过氧化氢溶液即可得到金黄色的氧化石墨烯溶液；

步骤2：将步骤1得到的产物进行过滤，用蒸馏水、盐酸和乙醇离心多次，然后将其在60℃条件下进行干燥处理；

步骤3：将步骤2处理的20mg氧化石墨烯粉末溶于50mL蒸馏水超声分散处理，得到氧化石墨烯溶液；再加入171mg氯化铜溶于20mL蒸馏水得到的氯化铜溶液，以及152mg硫脲溶于20mL蒸馏水得到的硫脲溶液；将混合溶液放置于不锈钢水热反应釜中，90℃保温5h，将所得产物进行抽滤、反复清洗、干燥，即得到硫化铜/还原氧化石墨烯复合材料。

所述步骤2处理后的氧化石墨烯溶液pH为6-7。

有益效果