[发明专利]一种纳米二氧化锡-石墨烯复合材料的制备方法及其产品

说明书

技术领域

本发明属于纳米复合材料制备领域，更具体地，涉及一种纳米二氧化锡-石墨烯复合材料的制备方法及其产品。

背景技术

石墨烯是碳原子以sp2杂化体系紧密堆积而成的蜂窝状二维晶格结构碳纳米材料,它具有良好的电学、力学和热学性质，是目前极具潜力的储能材料。石墨烯基复合材料是指利用表面改性剂、导电聚合物或过渡金属氧化物粒子等，通过表面反应对石墨烯进行表面修饰后得到的复合材料，其来源丰富并体现出良好的性能指标，是超级电容器等元件首选的电极材料。研究表明，将具备正四面体金红石型结构、物理化学性质稳定的二氧化锡均匀附着在石墨烯颗粒表面所构成的复合材料能够明显提高材料的硬度，并增强电化学容量、导电率等性能，因此在超级电容器、信息材料、锂离子电池、太阳能电池和燃料电池等多个领域获得了越来越广泛的应用。

现有技术中的用于制备二氧化锡-石墨烯复合材料的方法例如包括CN102324502A中所公开的一种花状二氧化锡与石墨烯复合材料的制备方法，其中利用水热法以五水四氯化锡、氢氧化钠和氧化石墨烯为原料，水为溶剂，搅拌60分钟后进行水热反应，由此生成了二氧化锡与石墨烯复合材料。又如CN101927979A中公开了一种氧化锡/石墨烯纳米复合物及其制备方法和应用，该方法以五水四氯化锡或二水合二氯化锡、氢氧化钠和氧化石墨烯为原料，二甲亚砜为溶剂，搅拌2.5小时后进行水热反应，生成了二氧化锡与石墨烯复合材料。上述制备方法的缺陷主要在于：（1）在制备过程中使用了强碱性的氢氧化钠或二甲亚砜等物质，不利于环保且增加生产成本；（2）水热反应需要较长时间的高温加热，能耗高且生产效率偏低。

此外，CN102255072A中也公开了一种二氧化锡或金属锡与石墨烯片层复合材料的制备方法，其中将有机溶剂、氧化石墨烯片层水溶胶与锡盐进行混合后，在60-200℃下加热0.5-12h，得到固体物质，将所得固体物质在惰性气体保护下于400-700℃的温度下加热0.5-10h，从而制得二氧化锡与石墨烯片层复合材料。该方法的缺陷主要在于：（1）在制备过程中同样使用有机溶剂，其不利于环保且增加了生产成本；（2）由于需要在较高的反应温度条件下进行反应，能耗较高且对设备要求比较严格；（3）整个反应要在惰性气体保护下进行，相应提高了生产控制方面的要求，且进一步提高了制造成本。因此，在相关领域中存在着对二氧化锡-石墨烯复合材料的制备方法做出进一步改进的技术需求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷和/或技术需求，本发明的目的在于提供一种纳米二氧化锡-石墨烯复合材料的制备方法及其产品，其通过对关键反应物及其反应条件的研究和改进，可以以利于环保、便于质量控制及高效率的方式来制备二氧化锡-石墨烯复合材料产品，且其所制得的产品二氧化锡颗粒平均直径为5-8nm并均匀分布于石墨烯表面，且电容高达120F/g以上，同时具备更佳的循环性能。

按照本发明的一个方面，提供了一种用于制备纳米二氧化锡-石墨烯复合材料的方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

（a）以去离子水为溶剂，先后加入作为溶质的氧化石墨烯和二氯亚锡并执行混合搅拌，配料比控制为每100ml去离子水中，氧化石墨烯与二氯亚锡的质量比为57～374mg：10～24mg，由此获得氧化石墨烯-二氧化锡前驱体的混合溶液；

（b）将所获得的混合溶液在25℃～40℃的温度下超声反应1～2小时，超声功率设置为100～300W；

（c）对经过步骤（b）处理所得到的悬浮液执行抽滤处理，并采用去离子水清洗抽滤处理后所得到的滤饼，由此制得呈球状结构的纳米二氧化锡-石墨烯复合材料产品。

通过以上构思，由于采用氧化石墨烯和二氯亚锡作为反应关键物来执行氧化-还原反应，在反应过程中Sn²⁺首先被氧化石墨烯吸附在其表面并被其所氧化，与此同时氧化石墨烯被还原成石墨烯，这样在石墨烯表面吸附固着有纳米量级的二氧化锡颗粒，从而制得所需的二氧化锡=石墨烯复合材料产品。该反应过程与现有技术相比，能够有效避免使用对环境存在污染的有机物，降低生产成本并提高反应效率，而且吸附在石墨烯表面的二氧化锡颗粒分布均匀，其平均尺寸为5-8nm左右；此外，由于采用超声波处理，与现有技术的水热反应相比能提高反应效率，并使整个反应过程进行更为充分，有利于降低能效，而且二氧化锡颗粒在石墨烯表面上获得更为均匀的分布。

作为进一步优选地，在步骤（c）之后，还可以对经过去离子水清洗后所得到的固体执行12～72小时的冷冻干燥处理。