[发明专利]二氧化锡/硼掺杂石墨烯纳米复合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米复合材料制备领域，具体是涉及一种二氧化锡/硼掺杂石墨烯纳米复合物的制备方法。

背景技术

石墨烯作为新型碳材料，由于其具有较大的表面积，较好的化学与热稳定性，较宽的电位窗以及优异的导电性，已经被运用到电化学储能装置中，如锂离子电池与电化学电容器。但是目前常用的石墨烯都是通过化学方法得到，该法制备的石墨烯存在一定缺陷。二氧化锡是一种受到广泛重视的宽禁带半导体材料，且纳米尺寸的二氧化锡，由于小尺寸效应及表面效应，其具有特殊的光电性能、气敏性能、催化性能以及具有化学和机械稳定性，在气敏元件、半导体元件、电极材料及太阳能电池等方面有着潜在的应用。但是二氧化锡在作为电极材料时，存在着致命的缺陷，即其长期的掺杂/去掺杂过程会引起材料本身出现“粉化”和“团聚”现象，最终导致其电性能下降，影响其进一步的使用。一些研究者针对上述这些问题作出了改进，Müllen等人通过水热法制备氮、硼以及它们共掺杂的石墨烯（WuZhongShuai,WinterAndreas,ChenLong,SunYi,TurchaninAndrey,FengXinliang,MüllenKlaus.Three-DimensionalNitrogenandBoronCo-dopedGrapheneforHigh-PerformanceAll-Solid-StateSupercapacitors.AdvancedMaterials2012,24(37):5130-5135.）。此方法获得的材料具有较好的导电性。MingZhang等人通过二价锡离子还原氧化石墨烯（MingZhang,DanniLei,ZhifengDu,XiaomingYin,LibaoChen,QiuhongLi,*YangguoWangandTaihongWang*,FastsynthesisofSnO2/graphenecompositesbyreducinggrapheneoxidewithstannousions.J.Mater.Chem.,2011,21,1673-1676）。该方法简单且获得的材料具有优异的电化学性能，且改善了二氧化锡作为电极时的“粉化”和“团聚”现象。石墨烯与金属氧化物的协同效应使它们的复合物具有高容量，好的循环稳定性等优异的电化学性质。将石墨烯与二氧化锡复合到一起，充分发挥两者的优势，从而获得电化学性能优异的材料，并且二氧化锡/硼掺杂石墨烯复合纳米材料还未见报道；因此制备二氧化锡/硼掺杂石墨烯复合材料十分重要，该材料在超级电容器、锂离子电池和其它电子器件等领域具有重大的现实意义和应用价值。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种合成工艺简单，成本较低的原位聚合法制备二氧化锡/硼掺杂石墨烯纳米复合材料的制备方法。

本发明的另一目的是提供通过上述方法制备出的二氧化锡/硼掺杂石墨烯纳米复合材料。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种二氧化锡/硼掺杂石墨烯纳米复合材料，所述复合材料中二氧化锡占复合材料的总质量分数的20.1~71.5%，硼占硼掺杂石墨烯总原子个数的1.1%~5.3%。

一种二氧化锡/硼掺杂石墨烯纳米复合物的制备方法，包括以下步骤：

第一步，将氧化石墨在水与乙醇混合溶液中超声分散得到氧化石墨烯；

第二步，将硼酸与二水合氯化亚锡加入第一步溶液中，搅拌溶解；

第三步，将第二步混合液移至水热釜中反应；

第四步，将第三步产物过滤分离并洗涤、干燥后获得二氧化锡/硼掺杂石墨烯纳米复合物。

步骤一中所述的水与乙醇混合溶液中水的体积分数为0~1，氧化石墨烯的质量浓度为0.5mg/mL~2.0mg/mL，超声时间为50-120min，所述的氧化石墨采用Hummer法制备。

步骤二中所述的硼酸与氧化石墨烯的质量比为2.47:1~10:1；二水合氯化亚锡与氧化石墨烯的质量比为0.38:1~3.8:1，搅拌时间为30-60min。

步骤三中所述的水热反应温度140~200℃，反应时间为10~18h。

本发明与现有技术相比，其优点在于：（1）通过一步合成，同时进行二氧化锡纳米粒子负载，并且还原并硼掺杂了氧化石墨烯，提高了石墨烯的导电性，弥补了化学法制备石墨烯存在的缺陷；（2）在硼掺杂石墨烯表面沉积分散均匀的二氧化锡纳米颗粒，提供了比较大的表面积和更多的活性中心；（3）应用本发明制备的二氧化锡/硼掺杂石墨烯，结合了硼掺杂石墨烯和二氧化锡的特性，可在超级电容电极材料有着较好的应用前景和经济效益。