[发明专利]一种CuS-石墨烯复合气凝胶的制备方法

说明书

本专利属于纳米多孔材料的制备工艺领域，涉及一种CuS‑石墨烯复合气凝胶的制备方法。其方法是先在溶剂中混合铜源和硫源，而后引入石墨烯和催化剂，经过老化，最后进行干燥处理。本方法使用溶胶‑凝胶法制备出CuS‑石墨烯复合气凝胶，不仅兼具了CuS比容量高、价格低廉、环境友好和石墨烯导电性能强、循环稳定性高的特点，还具有活性位点多、电荷传输路径短、传质性能高的优点，是一种良好的离子电池电极材料。所制得的CuS‑石墨烯气凝胶密度0.08～0.36g/cm³，比表面积98～324m²/g，平均孔径10～35nm，作为钠电负极在5A/g的电流密度下，可逆比容量420～1400mAh/g。该制备方法工艺简捷，反应周期短，具有批量生产的前景。

技术领域

本发明属于纳米多孔材料的制备工艺领域，涉及一种CuS-石墨烯复合气凝胶的制备方法。

背景技术

随着高新科技的快速发展和城镇化进程的不断深入，能源和环境问题成为人类面临的重大挑战，随着移动互联网和通讯技术的高速发展，便携式电子设备、人工智能装备等正在迅速走进千家万户并改变着人们的生活方式，也推动着高能量密度、高安全离子电池技术的迅速发展。开发离子电池储能新技术关系到人类的可持续发展与生产生活方式的改变。钠离子电池由于钠资源丰富、成本低廉等优点，在储能领域有望成为锂离子电池的替代品。然而，常用的商品化负极材料存在安全隐患和理论容量低等问题，开发出性能优良的钠电负极材料具有重要意义硫化铜材料凭借其较高的比容量、价格低廉和环境友好等优点，在储能、催化等领域已经得到了广泛的应用，并且展现了相对于氧化物的独特的优势。通过增加材料的比表面积，优化其中的孔结构，可以进一步提升其性能。石墨烯是电化学领域经久不衰的热门材料之一，其具有优越的导电性和力学性能，将其引入到电极材料中能够形成有效的导电网络，可以有效改善其循环稳定性，并加快电子转移速率。气凝胶，作为一种本征具有大比表面积和发达孔结构的材料结构，将其与硫化铜和石墨烯相结合，一方面能够扩大与反应物的接触面积，增加电催化反应的活性位点，缩短电荷传输路径，提高电极的传质性能，另一方面能够抑制电极材料粒子间的团聚，提高活性物质的利用率。

现如今含有CuS-石墨烯体系的气凝胶，多为石墨烯为载体来负载CuS纳米颗粒，使该体系电化学性能大大受限，Bano Zahira等人制备的CuS纳米球修饰的石墨烯气凝胶复合材料(Bano Z,Saeed R,Zhu S,et al.Mesoporous CuS nanospheres decorated rGOaerogel for high photocatalytic activity towards Cr(VI)and organic pollutants[J].Chemosphere,2020:125846.)，对四价铬和阳离子染料有着优异的降解性能，并未展现出良好的电化学储存性能。作为导电材料，石墨烯对材料储能作用的贡献较小，应控制其加入量来维持电化学性能和导电性能间的平衡。由此可见，CuS-石墨烯复合气凝胶的制备具有很大的研究价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过溶胶-凝胶法，制备块状CuS-石墨烯复合气凝胶的方法。

本发明的技术方案为：一种CuS-石墨烯复合气凝胶的制备方法，其具体步骤如下：(1)将溶剂倒入容器中，按比例加入铜源和硫源，搅拌直至铜源和硫源完全溶解，形成铜硫溶液；

(2)量取一定量的氧化石墨烯水溶液，加入到步骤(1)制得的铜硫溶液中，并继续搅拌1～5h，得到铜硫-氧化石墨烯混合溶液；

(3)量取一定量催化剂，加入到步骤(2)制得的铜硫-氧化石墨烯混合溶液中，继续搅拌10～60min，搅拌完成后，将该混合溶液转移至烘箱，静置，得到CuS-石墨烯湿凝胶；

(4)向步骤(3)制得的CuS-石墨烯湿凝胶中加入乙醇进行老化，而后干燥，即得到CuS-石墨烯复合气凝胶。

优选步骤(1)中所述的溶剂为甲醇、乙醇或异丙醇中的一种或两种的混合物。