超级电容器用二硫化锡/石墨相氮化碳复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及超级电容器用二硫化锡/石墨相氮化碳复合材料及其制备方法，将三聚氰胺在马弗炉中煅烧制成块状g‑C3N4；(2)将块状g‑C3N4在超声处理下分散到SnCl4·5H2O的乙醇溶液中；(3)将硫代乙酰胺加入到步骤(2)所获得的混合溶液中并在室温下搅拌至透明；(4)将透明溶液密封并加热处理；(5)冷却至室温后，收集所得产物并洗涤数次；(6)将步骤(5)所获得的材料进行干燥处理，得到超级电容器用SnS2/g‑C3N4复合材料。与现有技术相比，本发明专利技术制备得到的SnS2/g‑C3N4复合材料具有良好的电容性能和循环稳定性，是超级电容器的理想电极材料。

Tin disulfide/graphite phase carbon nitride composites for supercapacitors and their preparation methods

The present invention relates to tin disulfide/graphite phase carbon nitride composite material for supercapacitors and its preparation method. Melamine is calcined in muffle furnace to form bulk g C3N4; (2) bulk g C3N4 is dispersed in ethanol solution of SnCl4.5H2O under ultrasonic treatment; (3) thioacetamide is added into the mixed solution obtained by step (2) and stirred to transparent solution at room temperature; (4) transparent solution is dissolved. Liquid sealing and heating treatment; (5) After cooling to room temperature, the product is collected and washed several times; (6) The material obtained in step (5) is dried to obtain SnS2/g C3N4 composite material for supercapacitors. Compared with the prior art, the SnS2/g_C3N4 composite prepared by the invention has good capacitance performance and cycle stability, and is an ideal electrode material for supercapacitors.

【技术实现步骤摘要】
超级电容器用二硫化锡/石墨相氮化碳复合材料及其制备方法
本专利技术涉及属于超级电容器电极材料
，尤其是涉及一种超级电容器用二硫化锡/石墨相氮化碳复合材料及其制备方法。
技术介绍
超级电容器由于其高功率密度、优异的循环稳定性、低成本和快速充放电等优点，被认为是下一代能量储存的一种极具潜力的设备。通过开发新型电极材料、电解质和器件可以提高超级电容器的能量和功率密度。通常电极材料是影响超级电容器性能的重要因素，过渡金属二硫族化合物(TMDCs)作为一种有前景的二维分层材料，由于重叠层之间离子的有效嵌入可以增强超级电容器的电容性能。二硫化锡(SnS2)是TMDCs家族中重要的半导体之一，在能量储存和转换方面引起了广泛关注。尽管SnS2具有很高的理论容量，但它的低固有导电率和大体积波动导致了SnS2在实际应用中的储存性能较差。将SnS2与碳基材料复合可以克服以上缺点，并且所获得的复合材料具有比表面积大、活性中心多、扩散路径短等优点，可以提高超级电容器的电化学性能。石墨相C3N4(g-C3N4)是由碳和氮原子构成的石墨烯类似结构，由于其高比表面积、环境友好性和低成本，已被广泛应用于光电子，光催化，超级电容器等储能系统。由于二维材料的纵横比能表现出较大的比表面积，该材料可以提供优异的电荷存储性能。同时，与传统的碳材料相比，g-C3N4中的氮能改善材料的电子供体特性，提高电解质中材料的润湿性，进一步提高电容性能。目前，SnS2与g-C3N4复合所获得的复合材料仅在光催化领域有所应用，本专利技术利用两者复合后的协同效应改善了导电性，从而进一步提高电化学性能，将其应用于超级电容器领域。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种超级电容器用二硫化锡/石墨相氮化碳复合材料的制备方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：超级电容器用二硫化锡/石墨相氮化碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将三聚氰胺在马弗炉中煅烧制成块状g-C3N4；(2)将块状g-C3N4在超声处理下分散到SnCl4·5H2O的乙醇溶液中；(3)将硫代乙酰胺加入到步骤(2)所获得的混合溶液中并在室温下搅拌至透明；(4)将透明溶液密封并加热处理；(5)冷却至室温后，收集所得产物并洗涤数次；(6)将步骤(5)所获得的材料进行干燥处理，得到超级电容器用SnS2/石墨相氮化碳复合材料。步骤(1)中煅烧时，以每分钟3-6℃的速率升温至540-560℃，然后保温3-5小时。步骤(2)中块状g-C3N4与SnCl4·5H2O的质量比为30-300:350。步骤(2)中超声分散时间为30-90min，超声功率为120W。步骤(3)加入的硫代乙酰与块状g-C3N4的质量比为325:30-300。步骤(4)中控制加热的温度为160-200℃，时间为8-12h。步骤(5)采用乙醇和去离子水洗涤。步骤(6)将获得的材料在60℃下真空干燥6-8h。本专利技术还提供一种上述的制备方法制备得到的超级电容器用二硫化锡/g-C3N4复合材料，其中g-C3N4不仅能起到避免SnS2堆积的作用，含氮的碳材料还可以进一步改善复合材料的导电性，制得的电极复合材料具有良好的电容性能和循环稳定性，是超级电容器的理想电极材料。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术采用水热合成法制备的SnS2/g-C3N4复合材料方法简单，不需要复杂设备且成本低廉。(2)本专利技术采用的水热合成法只需要在相对较低的反应温度和时间内就可以获得稳定的二维花状结构，该结构的SnS2/g-C3N4复合材料具有优异的电容性能。当温度高于或低于该温度和时间时SnS2/g-C3N4复合材料呈二维片层状，无法形成花状结构。(3)本专利技术制备的SnS2/g-C3N4复合材料具有良好的电化学稳定性和增强的电容性能，是超级电容器的理想电极材料。附图说明图1为实施例2制备的SnS2/g-C3N4复合材料的表征照片；图2为实施例2制备的SnS2/g-C3N4复合材料的电化学阻抗谱的奈奎斯特图。图3为实施例2制备的SnS2/g-C3N4复合材料在不同扫描速率下的循环伏安图。图4为实施例2制备的SnS2/g-C3N4复合材料在不同电流密度下的恒流充放电曲线图。图5为实施例2制备的SnS2/g-C3N4复合材料的循环稳定性能曲线图。图1中，a为SnS2/g-C3N4复合材料的扫描电子显微镜SEM图像，b为透射电子显微镜TEM图，c和d为高分辨率透射电子显微镜HR-TEM图，e为相应的选区电子衍射SAED图，f为碳，氮，锡和硫的相应元素映射图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。实施例1三聚氰胺在马弗炉中煅烧制备g-C3N4，煅烧程序如下：煅烧程序如下：以每分钟5℃的速率升温至560℃后，保温3小时。然后，将30mg所得的块状g-C3N4在1小时超声处理下分散到30ml含有350mgSnCl4·5H2O的乙醇溶液中。之后，将325mg硫代乙酰胺(TAA)加入到上述溶液中并在室温下搅拌4小时。最后，将得到的透明溶液移至50ml聚四氟乙烯衬里的高压釜中，密封并在160℃加热12小时。冷却至室温后，收集所得产物并使用乙醇和去离子水洗涤三次以除去杂质。所得物质在60℃真空下进一步干燥6小时，得到超级电容器用SnS2/g-C3N4(SSCN-1)复合材料。对其进行电化学性能测试，该复合材料的电荷转移电阻(Rct)为0.76，且具有较低的等效串联电阻值和优异的扩散性能。循环伏安曲线呈类矩形，当扫描速率从2增加到100mVs-1时，曲线的形状保持不失真，表明该复合材料具有良好的倍率性能。通过充放电曲线计算可得，当电流密度为0.5Ag-1时，该复合材料表现出411Fg-1的比电容值，具有优异的电化学性能。实施例2三聚氰胺在马弗炉中煅烧制备g-C3N4，煅烧程序如下：煅烧程序如下：以每分钟4℃的速率升温至550℃后，保温4小时。然后，将50mg所得的块状g-C3N4在1小时超声处理下分散到30ml含有350mgSnCl4·5H2O的乙醇溶液中。之后，将325mg硫代乙酰胺(TAA)加入到上述溶液中并在室温下搅拌4小时。最后，将得到的透明溶液移至50ml聚四氟乙烯衬里的高压釜中，密封并在160℃加热12小时。冷却至室温后，收集所得产物并使用乙醇和去离子水洗涤三次以除去杂质。所得物质在60℃真空下进一步干燥6小时，得到超级电容器用SnS2/g-C3N4(SSCN-2)复合材料。对其进行电化学性能测试，该复合材料的电荷转移电阻(Rct)为0.68，且具有较低的等效串联电阻值和优异的扩散性能。循环伏安曲线呈类矩形，当扫描速率从2增加到100mVs-1时，曲线的形状保持不失真，表明该复合材料具有良好的倍率性能。通过充放电曲线计算可得，当电流密度为0.5Ag-1时，该复合材料表现出552Fg-1的比电容值，具有优异的电化学性能。实施例3三聚氰胺在马弗炉中煅烧制备g-C3N4，煅烧程序如下：煅烧程序如下：以每分钟5℃的速率升本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.超级电容器用二硫化锡/石墨相氮化碳复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)将三聚氰胺在马弗炉中煅烧制成块状g‑C3N4；(2)将块状g‑C3N4在超声处理下分散到SnCl4·5H2O的乙醇溶液中；(3)将硫代乙酰胺加入到步骤(2)所获得的混合溶液中并在室温下搅拌至透明；(4)将透明溶液密封并加热处理；(5)冷却至室温后，收集所得产物并洗涤数次；(6)将步骤(5)所获得的材料进行干燥处理，得到超级电容器用SnS2/g‑C3N4复合材料。

【技术特征摘要】
1.超级电容器用二硫化锡/石墨相氮化碳复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)将三聚氰胺在马弗炉中煅烧制成块状g-C3N4；(2)将块状g-C3N4在超声处理下分散到SnCl4·5H2O的乙醇溶液中；(3)将硫代乙酰胺加入到步骤(2)所获得的混合溶液中并在室温下搅拌至透明；(4)将透明溶液密封并加热处理；(5)冷却至室温后，收集所得产物并洗涤数次；(6)将步骤(5)所获得的材料进行干燥处理，得到超级电容器用SnS2/g-C3N4复合材料。2.根据权利要求1所述的超级电容器用二硫化锡/石墨相氮化碳复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中煅烧时，以每分钟3-6℃的速率升温至540-560℃，然后保温3-5小时。3.根据权利要求1所述的超级电容器用二硫化锡/石墨相氮化碳复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中块状g-C3N4与SnCl4·5H2O的质量比为30-300:350。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭建宇，许璎曦，张斯勇，鲁彦，
申请(专利权)人：上海师范大学，
类型：发明
国别省市：上海,31