[发明专利]宏观三维石墨烯/氧化锡复合材料气凝胶的宏量制备方法

说明书

技术领域

本发明属于可用于储能装置的碳基复合材料的制备技术领域，涉及一种可用于超级电容器的宏观三维石墨烯/氧化锡复合材料气凝胶的宏量制备方法。

背景技术

超级电容器是一种介于传统静电电容器和电池之间的新型储能元件。与传统静电电容器相比，超级电容器具有更高的能量密度；与电池相比，超级电容器具有更高的功率密度。超级电容器还具有循环寿命长、充放电速度快等优点。在移动通信、消费电子、电动汽车、航空航天和国防等领域有非常广阔的应用前景。目前对超级电容器的研究在世界范围引起了极大关注。按储能原理超级电容器通常分为赝电容超级电容器和双电层超级电容器。赝电容超级电容器主要是利用在电极表面或表面附近发生快速且可逆的氧化还原反应实现储能，赝电容超级电容器的电极材料主要为过渡金属氧化物(如SnO₂、MnO₂等)和导电聚合物(如聚苯胺,聚吡咯等)。双电层超级电容器是利用正、负离子在两个电极和电解液之间的界面上分别吸附,造成两个电极之间的电势差实现储能，双电层超级电容器通常采用具有高比表面积的碳基活性材料作为电极材料。

SnO₂作为赝电容超级电容器的电极材料表现出很高的能量密度，但是由于其导电性差的缺点造成其功率密度很低。和导电性好的碳纳米材料复合是解决这一问题很好的途径。在不同类型的碳纳米材料中，石墨烯由于具有非常大的比表面积、优异的导电性、在电化学环境中高度的稳定性等优点，非常适合作为双电层超级电容器的电极材料。但是由于石墨烯片层很强的疏水性和片层之间强烈的分子间作用力使其非常容易团聚，团聚的结果造成石墨烯的比表面积急剧下降，严重影响石墨烯作为双电层超级电容器电极材料的性能。将石墨烯片层通过组装的方法制备成宏观三维气凝胶是解决这一问题非常好的途径。通过上面的介绍我们可以预知如果能制备出一种宏观三维石墨烯/氧化锡复合材料气凝胶，这种材料将会非常适合作为超级电容器的电极材料。但是到目前为止，还没有一种方法能宏量制备这种石墨烯/氧化锡复合材料气凝胶。

发明内容

本发明的目的在于针对目前缺乏简单有效的方法来宏量制备可用于超级电容器的宏观三维石墨烯/氧化锡复合材料气凝胶的现状，利用氧化石墨、氯化亚锡和盐酸为原料，提供了一种操作简单、产率高、绿色环保的宏观三维石墨烯/氧化锡复合材料气凝胶的宏量制备方法。所述制备方法包括如下步骤：

第一步，通过经典的hummer法制备出氧化石墨；

第二步，将制备的氧化石墨分散到水中透析完全，去除氧化石墨中残余的金属离子和酸；

第三步，将透析后的溶液超声处理，然后离心分离，获得氧化石墨烯的悬浮液，然后通过稀释获得浓度为2mg/ml的氧化石墨烯悬浮液；

第四步，取氧化石墨烯悬浮液15-100ml，然后加入氯化亚锡和盐酸，形成混合溶液。混合溶液中氯化亚锡的浓度分别为0.004～0.01M，盐酸的浓度为0.08～0.2M，在90℃不搅拌的条件下反应15～60分钟，最终获得了宏观三维石墨烯/氧化锡复合材料水凝胶；

第五步，将获得的复合材料水凝胶用去离子水洗涤以除去残余的杂质，然后利用冻干的方法，在温度为零下45℃，压力为0.02mbar的条件下冻干72～96小时获得宏观石墨烯/氧化锡复合材料气凝胶。

在本发明中，如果没有特别地说明，所采用的溶液都是在常规条件下制备的，比如在室温下将物质溶解在水溶液中制备得到的。

在本发明中，如果没有特别地说明，所采用的装置、仪器、设备、材料、工艺、方法、步骤、制备条件等都是本领域常规采用的或者本领域普通技术人员按照本领域常规采用的技术可以容易地获得的。

相比于现有制备三维石墨烯基复合材料气凝胶的方法，本发明具有如下优点：

1、本发明首次制备了宏观三维石墨烯/氧化锡复合材料气凝胶。采用温和的溶液法，合成方法具有成本低、绿色环保、简单易行、易于控制、可宏量制备等优点，适用于工业大规模生产；

2、通过和具有优异导电性能的石墨烯复合，解决了SnO₂作为赝电容超级电容器的电极由于其导电性差造成其功率密度低的问题。由于在制备过程中石墨烯片通过组装形成了三维宏观结构，解决了一般方法在制备石墨烯基超级电容器材料的过程中由于石墨烯的团聚造成其应用性能急剧下降的问题。所制备的宏观三维石墨烯/氧化锡复合材料气凝胶将是非常好的超级电容器电极材料。

附图说明

图1为本发明实施例1所制备的石墨烯/氧化锡复合材料气凝胶的照片。