[发明专利]一种硫化钴锌/石墨烯/碳纳米纤维复合材料及其制备方法

权利要求书

1.一种硫化钴锌/石墨烯/碳纳米纤维复合材料的制备方法，其特征在于：通过静电纺丝制备得到聚丙烯腈纳米纤维膜，经过溶液浸泡法在聚丙烯腈纳米纤维上包裹氧化石墨烯，再通过高温碳化制备得到石墨烯/碳纳米纤维复合膜，最后通过一步水热法法在石墨烯/碳纳米纤维上原位生长硫化钴锌纳米颗粒，具体步骤如下：

（1）将聚丙烯腈粉末加入到N,N-二甲基甲酰胺溶剂中，持续搅拌，得到均一的粘稠分散液；

（2）将得到的聚丙烯腈分散液进行静电纺丝，得到聚丙烯腈纳米纤维膜；

（3）将聚丙烯腈纺丝膜在空气气氛下预氧化，得到预氧化后的聚丙烯腈纳米纤维膜；

（4）将所得预氧化后的聚丙烯腈纳米纤维膜在氧化石墨烯溶液里浸泡，得到聚丙烯腈纳米纤维/氧化石墨烯复合膜；

（5）将所得聚丙烯腈纳米纤维/石墨烯复合膜在惰性气体保护下进行高温碳化，得到石墨烯/碳纳米纤维复合膜；

（6）将钴盐、锌盐、硫脲和尿素溶于去离子水中，制备得到均一的盐溶液；

（7）将制备得到的盐溶液与石墨烯/碳纳米纤维复合膜通过水热法反应，得到硫化钴锌/石墨烯/碳纳米纤维复合材料。

2.根据权利要求1所述的硫化钴锌/石墨烯/碳纳米纤维复合材料的制备方法，其特征在于步骤（2）中所述的静电纺丝，其工艺参数为：静电场电压15~25kV，纺丝速度0.2~0.4mmmin^-1，接收距离15~25cm。

3.根据权利要求1所述的硫化钴锌/石墨烯/碳纳米纤维复合材料的制备方法，其特征在于步骤（3）中所述的预氧化，其预氧化的温度为250~300℃，升温速率为1~2℃min^-1，预氧化时间为1~2h。

4.根据权利要求1所述的硫化钴锌/石墨烯/碳纳米纤维复合材料的制备方法，其特征在于步骤（4）中所述的在氧化石墨烯溶液里浸泡，氧化石墨烯溶液的浓度为0.5~2mgmL^-1，浸泡时间为12~36h。

5.根据权利要求1所述的硫化钴锌/石墨烯/碳纳米纤维复合材料的制备方法，其特征在于步骤（5）所述的高温碳化过程中，所述惰性气体为高纯氩气或高纯氮气，高温碳化温度为1000~1500℃，高温碳化时间为1~3h。

6.根据权利要求1所述的硫化钴锌/石墨烯/碳纳米纤维复合材料的制备方法，其特征在于步骤（6）所述的盐溶液制备过程中，钴盐选自硝酸钴、硫酸钴、氯化钴、醋酸钴；锌盐选自硝酸锌、硫酸锌、氯化锌、醋酸锌；钴盐的质量为10~50mgmL^-1；锌盐的质量为5~25mgmL^-1，硫脲的质量浓度为10~50mgmL^-1；尿素的质量浓度为10~30mgmL^-1。

7.根据权利要求1所述的硫化钴锌/石墨烯/碳纳米纤维复合材料的制备方法，其特征在于步骤（7）所述的水热反应，反应温度为180~240℃，反应时间为10~24h。

8.一种由权利要求1-7之一所述制备方法制备得到的硫化钴锌/石墨烯/碳纳米纤维复合材料。

9.如权利要求8所述的硫化钴锌/石墨烯/碳纳米纤维复合材料作为高性能电催化材料，以及作为锂离子电池和太阳能电池的电极材料的应用。