[发明专利]一种四氧化三铁@二硫化铁纳米复合材料的制备方法及其应用

说明书

本发明涉及电容器复合材料领域，具体来说是一种四氧化三铁@二硫化铁纳米复合材料及其制备方法，所述四氧化三铁@二硫化铁纳米复合材料按照以下方法制成：先制备得到一水硫酸亚铁，然后将一水硫酸亚铁经高温煅烧后，制备得到三氧化二铁，将三氧化二铁进行退火得到四氧化三铁，再将四氧化三铁在硫粉中进行高温气相硫化反应，制备得到四氧化三铁@二硫化铁纳米复合颗粒。本发明的制备过程容易操作，各组分含量可控，重现性好，用于超级电容器中的电极材料表现出非常高的电容特性，同时易于大批量生产。

技术领域

本发明涉及电容器复合材料领域，具体来说是一种四氧化三铁@二硫化铁纳米复合材料及其制备方法。

背景技术

近年来，随着电动汽车、混合电动汽车以及便携式电子设备等领域的飞速发展，开发既具有高比能量又具有高功率密度的可移动化学电源成为工作者重点关注的方向。超级电容器具有较高的功率密度、优异的循环寿命以及快速充放电能力，是一种独特的能源存储设备；而作为超级电容器的核心，电极材料的开发成为了当前研究的热点，铁基氧化物电极材料由于廉价易得、环境友好及理论容量高等优点，被广泛用于超级电容器电极材料。然而由于铁基氧化物拥有较低的电导率和质子传输能力，导致铁基氧化物电极材料的电容普遍较低。

目前，已有研究报导构建铁基氧化物纳米复合材料用于超级电容器的电极材料是提升铁基氧化物电极材料容量的有效途径之一，铁-硫键是比铁-氧键弱的化学键，从而导致铁基硫化物比铁基氧化物具有更好的电导率，将铁基硫化物和铁基氧化物进行复合不仅可以提高铁基氧化物的电导率，同时复合材料界面交界处的形成有利于电荷在材料中的传输，因此铁基氧化物用于超级电容器电极材料的电容将得到大幅提升；但是目前铁基复合材料的制备方法比较繁琐，不利于大批量生产，从而使其应用受到了一定的限制。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供了一种四氧化三铁@二硫化铁纳米复合材料及其制备方法，本发明的制备过程容易操作，各组分含量可控，重现性好，用于超级电容器电极材料表现出非常高的电容特性，同时易于大批量生产。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种四氧化三铁@二硫化铁纳米复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)三氧化二铁的制备：制备一水硫酸亚铁，并将制备得到的一水硫酸亚铁置于真空的管式炉中，在30sccm的氩气气氛下，以5℃/min的升温速率从室温升高到650-750℃后，退火2-4h，冷却至室温后得到三氧化二铁；

(2)四氧化三铁的制备：将步骤(1)制备得到的三氧化二铁在真空条件下退火，制备得到四氧化三铁；

(3)四氧化三铁@二硫化铁纳米复合颗粒的制备：将步骤(2)制备得到的四氧化三铁置于真空的管式炉中，将硫粉置于真空管式炉的气源端口，在30sccm的氩气气氛下，以2℃/min的升温速率由常温升高至350-450℃，并在达到最高温度后保温4h，然后冷却至室温，依次用去离子水和乙醇洗涤后干燥，制备得到四氧化三铁@二硫化铁纳米复合颗粒；

其中，硫粉与四氧化三铁质量比为3-7:1。

优选的，所述步骤(1)的一水硫酸亚铁的制备方法为：将七水硫酸亚铁和硫脲溶解于无水乙醇并混合均匀，搅拌30-50min后于80-90℃下回流40min，自然冷却至室温后离心提纯，再真空干燥；

其中，七水硫酸亚铁和硫脲的质量比为1：1.5-2.5。

优选的，所述步骤(2)的退火条件为：在氩气气氛中，以2℃/min的升温速率由常温升高至450-550℃，并在达到最高温度后保温5h，然后冷却至室温，依次用去离子水和乙醇洗涤后，真空干燥10-12h。

优选的，步骤(1)和步骤(3)中所述真空管式炉的方法为：将管式炉先抽真空，再反复多次充入氩气，直至排尽管式炉内空气。