本发明专利技术属于气凝胶技术领域，具体为一种硫化锡纳米颗粒/石墨烯‑聚酰亚胺基碳气凝胶复合材料及其制备方法。本发明专利技术的气凝胶复合材料的制备过程包括：将聚酰亚胺的水溶性前驱体聚酰胺酸溶液与氧化石墨烯分散液混合均匀，再与氢氧化钾溶液混合，通过溶胶‑凝胶、冷冻干燥制备氢氧化钾‑氧化石墨烯‑聚酰胺酸气凝胶；通过热亚酰胺化、高温碳化得到氢氧化钾活化的石墨烯‑聚酰亚胺基碳气凝胶；通过一步溶剂热法在石墨烯‑聚酰亚胺基碳气凝胶上原位生长硫化锡纳米颗粒。本发明专利技术的气凝胶复合材料具有硫化锡纳米颗粒小且分布均匀、高孔隙率、高比表面积和物理化学性能稳定等优点，可用于制备高灵敏性生物传感器、锂离子电池等新能源器件。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于气凝胶
，具体涉及一种硫化锡纳米颗粒/石墨烯-聚酰亚胺基碳气凝胶复合材料的制备方法。
技术介绍
碳气凝胶因其具有高孔隙率、质轻、比表面积大、孔洞结构易于调节及稳定性好、导电率高等优点，广泛应作载体材料、吸附材料及各种电极材料等，是目前及未来研究的热点。在我们的研究中，已经可以制备具有高比表面积的石墨烯-聚酰亚胺基碳气凝胶（专利CN105110313A）。硫化锡纳米颗粒具有无毒、环境友好、易于制备及催化性能好、理论比容量高等优点，广泛应用于生物传感及锂离子电池的电极材料等领域而成为研究热点。但硫化锡纳米颗粒由于表面能大而易于团聚，该团聚问题大大限制了其性能的发挥。故本专利技术的目的是利用具有高比表面积的石墨烯-聚酰亚胺基碳气凝胶来均匀分散硫化锡纳米颗粒，制备硫化锡纳米颗粒/石墨烯-聚酰亚胺基碳气凝胶复合材料。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种制备过程环保、制备成本较低的硫化锡纳米颗粒/石墨烯-聚酰亚胺基碳气凝胶复合材料及其制备方法。本专利技术提供的硫化锡纳米颗粒/石墨烯-聚酰亚胺基碳气凝胶复合材料，是采用锡盐在氢氧化钾活化的石墨烯-聚酰亚胺基碳气凝胶上原位生长硫化锡纳米颗粒制备得到，其制备原料包括：一种或多种水溶性聚酰亚胺前驱体-聚酰胺酸、氧化石墨烯、氢氧化钾、硫源、锡盐。该复合材料中硫化锡纳米颗粒负载均匀，具有高孔隙率，高比表面积。本专利技术提供的硫化锡纳米颗粒/石墨烯-聚酰亚胺基碳气凝胶复合材料的制备方法，具体过程包括：聚酰胺酸的合成、氢氧化钾-氧化石墨烯-聚酰氨酸气凝胶的制备、氢氧化钾活化的石墨烯-聚酰亚胺基碳气凝胶的制备、硫化锡纳米颗粒的上载。具体步骤如下：（1）制备石墨烯-聚酰亚胺基碳气凝胶，可采用我们的专利技术专利CN105110313A；（2）将锡盐、硫源溶于有机溶剂中，制备得到锡盐溶液；（3）将石墨烯-聚酰亚胺基碳气凝胶与上述锡盐溶液进行溶剂热反应；经去乙醇、离子水洗涤和干燥，得到硫化锡纳米颗粒/石墨烯-聚酰亚胺基碳气凝胶复合材料。本专利技术中步骤（2）中，所述的有机溶剂选自乙二醇、丙三醇、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、N,N-二甲基乙酰胺（DMAc）、N-甲基吡咯烷酮（NMP）、乙醇及甲醇，优选乙二醇和丙三醇。本专利技术步骤（2）中，所述的锡盐选自四氯化锡和二水氯化亚锡，优选四氯化锡，所述的硫源选自硫脲、硫化钠和硫代乙酰胺，优选硫化钠。本专利技术步骤（2）中，所述的锡盐用量范围为0.5-2mmol，优选1-1.5mmol，硫化钠与锡盐的摩尔比为3:1-1:2，优选摩尔比为2:1。本专利技术步骤（3）中，所述的溶剂热反应温度范围为160-200℃，优选175-180℃，反应时间为10-15h，优选11-12h。使用扫描电子显微镜（SEM）、X-射线衍射仪来表征本专利技术所获得的硫化锡纳米颗粒/石墨烯-聚酰亚胺基碳气凝胶复合材料的结构与形貌，其结果如下：（1）SEM的测试结果（附图2）表明：采用溶胶-凝胶法、冷冻干燥技术及氢氧化钾活化技术制备的石墨烯-聚酰亚胺基碳气凝胶，其内部孔洞大小比较均一、分布均匀。由附图2B可知，纯硫化锡纳米颗粒由于尺寸效应和大的表面能，易于团聚成大的颗粒。而本专利技术中所制备的硫化锡纳米颗粒/石墨烯-聚酰亚胺基碳气凝胶复合材料上硫化锡纳米颗粒分布均匀，且颗粒尺寸较小。这种孔径大小均一，孔径分布相对较窄，且骨架上布满硫化锡纳米颗粒的碳气凝胶是制备高灵敏性生物传感器、锂离子电池等新能源器件的理想电极材料。（2）XRD测试结果（附图3）表明，本专利技术所制备的碳气凝胶具有典型的X射线衍射峰，在2θ=26°有一个较宽较强的衍射峰和在2θ=44°有一个较弱的衍射峰，分别对应于(002)晶面和(100)晶面，表明所制备的碳气凝胶具有较低结晶度，处于石墨和无定形碳之间的一种结晶形态。本专利技术所制备的硫化锡纳米颗粒与硫化锡纳米颗粒/石墨烯-聚酰亚胺基碳气凝胶复合材料上的硫化锡纳米颗粒具有相同的晶型，即在2θ=15.5°，29.6°、33.4°、50.8°、53.0°、和60.4°处均有较强的衍射峰，分别对应于硫化锡的(001)、(100)、(101)、(110)、(111)、和(200)晶面。本专利技术的显著优点是：（1）具有孔隙率高、比表面积大（专利CN105110313A已测试其比表面积高达2205m2/g）的三维网络结构的碳气凝胶作为硫化锡纳米颗粒生长的基体材料，具有较多的硫化锡纳米颗粒生长点，可以有效地防止硫化锡纳米颗粒团聚，进而有效地提高硫化锡纳米颗粒的性能；（2）通过简单的一步溶剂热反应将三维的纳米颗粒材料与三维的多孔材料进行有效的杂化，构建具有优异性能的杂化材料。其中，基体材料碳气凝胶具有优异的导电性能，有利于离子和电子的快速传输；硫化锡纳米颗粒具有电化学性能，但是易于团聚且导电性较差，将二者进行有效的构筑，可以扬长避短，有效发挥出各自的优点。附图说明图1为硫化锡纳米颗粒/石墨烯-聚酰亚胺基碳气凝胶复合材料的制备过程示意图。图2为本专利技术中所制备的氢氧化钾活化的石墨烯-聚酰亚胺基碳气凝胶（A）、纯硫化锡纳米颗粒（B）和硫化锡纳米颗粒/石墨烯-聚酰亚胺基碳气凝胶复合材料（C）的SEM图。图3为本专利技术中所制备的氢氧化钾活化的石墨烯-聚酰亚胺基碳气凝胶、纯硫化锡纳米颗粒和硫化锡纳米颗粒/石墨烯-聚酰亚胺基碳气凝胶复合材料的XRD图。具体实施方式下面结合具体实例，进一步阐述本专利技术，应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术做各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。实施例1，本实施例包括以下步骤：氢氧化钾活化的石墨烯-聚酰亚胺基碳气凝胶的制备同我们的专利CN105110313A，记为G-PIbasedCA。取0.5mmol四氯化锡和1mmol硫化钠通过搅拌溶于40mL乙二醇中，将50mg的所制备的碳气凝胶放于上述溶液中，放置1h。将加有碳气凝胶的锡盐溶液倒入50mL的水热釜中，并将此水热釜置于180℃的鼓风烘箱中，反应12h。反应结束后，将所得到的硫化锡纳米颗粒/石墨烯-聚酰亚胺基碳气凝胶复合材料用乙醇及去离子水反复清洗2-3次后，放在80℃的烘箱中干燥即可得到硫化锡纳米颗粒/石墨烯-聚酰亚胺基碳气凝胶复合材料，记为SnS2/G-PIbasedCA-0.5。实施例2，将实施例1中的四氯化锡的用量改为1mmol，硫化钠的用量改为2mmol，其余均同实施例1，并将最终得到硫化锡纳米颗粒/石墨烯-聚酰亚胺基碳气凝胶复合材料记为SnS2/G-PIbasedCA-1。实施例3，将实施例1中的四氯化锡的用量改为2mmol，硫化钠的用量改为4mmol，其余均同实施例1，并将最终得到硫化锡纳米颗粒/石墨烯-聚酰亚胺基碳气凝胶复合材料记为SnS2/G-PIbasedCA-2。实施例4，作为对照组实本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种硫化锡纳米颗粒/石墨烯‑聚酰亚胺基碳气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：（1）制备石墨烯‑聚酰亚胺基碳气凝胶；（2）将锡盐、硫源溶于有机溶剂中，得到锡盐溶液；（3）将石墨烯‑聚酰亚胺基碳气凝胶与上述铁锡盐溶液进行溶剂热反应；再经去乙醇、离子水洗涤和干燥，最终得到硫化锡纳米颗粒/石墨烯‑聚酰亚胺基碳气凝胶复合材料。
【技术特征摘要】
1.一种硫化锡纳米颗粒/石墨烯-聚酰亚胺基碳气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
（1）制备石墨烯-聚酰亚胺基碳气凝胶；
（2）将锡盐、硫源溶于有机溶剂中，得到锡盐溶液；
（3）将石墨烯-聚酰亚胺基碳气凝胶与上述铁锡盐溶液进行溶剂热反应；再经去乙醇、离子水洗涤和干燥，最终得到硫化锡纳米颗粒/石墨烯-聚酰亚胺基碳气凝胶复合材料。
2.根据权利要求1所述硫化锡纳米颗粒/石墨烯-聚酰亚胺基碳气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于步骤（2）中所述的有机溶剂选自乙二醇、丙三醇、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、乙醇及甲醇。
3.根据权利要求1所述硫化锡纳米颗粒/石墨烯-聚酰亚胺基碳气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于步骤（2...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘天西，张由芳，樊玮，张龙生，左立增，鄢家杰，鲁恒毅，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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