一种硫化锌@碳复合微球及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种硫化锌@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。本发明专利技术提供的硫化锌@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。

【技术实现步骤摘要】
一种硫化锌@碳复合微球及其制备方法与应用
本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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，本专利技术采用的技术方案是：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。本专利技术提供的硫化锌@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。优选地，步骤S1.中所述硫源为硫脲。优选地，步骤S1.中所述水热反应的温度为180～220℃，时间为20～24小时。在一定的水热环境下，葡萄糖酸锌才可以发生水解反应形成锌化合物与碳的复合材料。葡萄糖酸在180℃以上的温度才会解离产生无定形碳，锌与硫脲的反应一般至少在140℃以上发生。为了保证反应完全，需要控制水热反应的条件。更优选地，步骤S1.中所述水热反应的温度为200℃，时间为24小时。优选地，步骤S1.中所述后处理为冷却、过滤、漂洗、分离、干燥。优选地，步骤S1.中所述冷却为自然冷却。优选地，步骤S1.中所述漂洗是用水和无水乙醇。优选地，步骤S1.中所述漂洗是用水和无水乙醇分别漂洗三次。优选地，步骤S1.中所述分离为离心分离。优选地，步骤S1.中所述干燥为真空干燥。优选地，步骤S1.中所述干燥的温度为60～100℃。更优选地，步骤S1.中所述干燥的温度为60℃。优选地，步骤S2.中所述热处理的温度为400～600℃，时间为2～4小时。如果热处理的时间太短，碳化程度不够，时间太长，会造成能源浪费。更优选地，步骤S2.中所述热处理的温度为500℃，时间为2小时。优选地，步骤S2.中所述惰性氛围为氩气氛围、氮气氛围或氦气氛围。更优选地，步骤S2.中所述惰性氛围为氩气氛围。上述硫化锌@碳复合微球的制备方法的具体步骤如下：S1.将葡萄糖酸锌在搅拌下溶于水中形成澄清溶液，葡萄糖酸锌的摩尔浓度为0.02～0.1mol/L；S2.在搅拌下加入硫脲，葡萄糖酸锌与硫脲的摩尔比为1:(1～5)；S3.将步骤S2.得到的溶液转移到反应釜中，180～220℃条件下加热20～24小时，然后自然冷却，将所得棕黑色沉淀用去离子水和无水乙醇分别漂洗三遍，离心分离并于60～100℃真空干燥；S4.将得到的固体产物在氩气气氛中于400～600℃下热处理2～4小时得到产品。本专利技术同时保护上述制备方法制得的硫化锌@碳复合微球。本专利技术还保护上述硫化锌@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。硫化锌@碳复合微球可以作为超级电容器的负极材料；同时，硫化锌@碳复合微球也可以作为锂离子电池电极的负极材料；再者，硫化锌@碳复合微球在光电催化剂领域中可以作为催化剂。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术提供的硫化锌@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。附图说明图1为实施例1制得的硫化锌@碳复合微球的XRD图。图2为实施例1制得的硫化锌@碳复合微球的扫描电镜图。图3为实施例2制得的硫化锌@碳复合微球的扫描电镜图。图4为实施例1制得的硫化锌@碳复合微球的元素分布图。图5为实施例1制得的硫化锌@碳复合微球的循环性能测试曲线。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步的说明，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例中的原料均可通过市售得到；除非特别说明，本专利技术采用的试剂、方法和设备为本
常规试剂、方法和设备。实施例1在搅拌下将4mmol的葡萄糖酸锌和12mmol的硫脲溶于60mL水中形成透明溶液，溶液中葡萄糖酸锌的浓度为0.067mol/L，葡萄糖酸锌与硫脲的摩尔比为1∶3。将此溶液转移至100mL内衬为聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中。置于干燥箱中，于200℃下反应24小时。然后自然冷却至室温，将所得棕黑色沉淀用去离子水和无水乙醇分别漂洗三遍，离心分离并于60℃真空干燥12小时。将得到的固体产品在氩气气氛中于500℃下热处理2小时得到产品。实施例2本实施例与实施例1的区别在于，本实施例的葡萄糖酸锌的浓度为0.1mol/L，葡萄糖酸锌与硫脲的摩尔比为1∶2.7，水热反应的温度为220℃；其他条件及操作步骤与实施例1相同。实施例3本实施例与实施例1的区别在于，本实施例的葡萄糖酸锌的浓度为0.03mol本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硫化锌@碳复合微球的制备方法，其特征在于，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。

【技术特征摘要】
1.一种硫化锌@碳复合微球的制备方法，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1.中所述葡萄糖酸锌的浓度为0.02~0.1mol/L。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S1.中所述葡萄糖酸锌的浓度为0.06~0.08mol/L。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤S1.中所述葡萄糖酸锌的摩尔浓度为0.067mol/L。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：马琳，许丽梅，周晓平，唐晓山，凌妍，
申请(专利权)人：岭南师范学院，
类型：发明
国别省市：广东,44