[发明专利]一种碳包覆类三明治结构SnSe/r-GO@C复合物及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种碳包覆类三明治结构SnSe/r‑GO@C复合物及其制备方法和应用，以乙二醇或甘油作为溶剂，无机锡盐作为锡源，并使用还原剂和表面活性剂，采用简单的溶剂热法制备出碳包覆类三明治结构SnSe/r‑GO复合物，还原剂不仅能还原硒粉，提供Se^2‑，而且能还原氧化石墨烯上的含氧官能团，进一步提高复合材料中石墨烯的导电性，加入还原剂还能够有效与Sn²⁺络合，控制产物的尺寸，而纳米化材料对于提升电化学性能更有效。本发明的制备方法简单，重复性高，加入氧化石墨烯经过水热反应后提高了SnSe基复合材料的导电性，包覆一层热解碳，进一步提高复合材料的结构稳定性，作为钠离子电极材料具有较好的电化学性能。

技术领域

本发明涉及钠离子电池负极材料技术领域，具体涉及一种碳包覆类三明治结构SnSe/r-GO@C复合物及其制备方法和应用。

背景技术

钠离子电池具有与锂离子电池相似的电化学储能原理，且钠资源储量丰富、价格低廉，被认为是实现规模化储能极具潜力的二次电池。然而Na⁺的直径远大于Li⁺，商业化锂离子电池石墨负极表现出差的Na⁺存储性能。因此，开发高性能储钠负极材料对钠离子电池至关重要。硒化锡作为合金类负极材料的一种，其嵌钠容量为780mAh g^-1，具有极大的发展潜力。除此之外，SnSe是一种重要的IV-VI半导体材料，它的能隙大约为0.9eV，可广泛应用于红外光电装置、存储开关、薄膜电极、太阳能电池等。目前硒化锡基负极材料的钠离子电池性能极具潜力，但是其充放电结构稳定性仍需进一步改善。许多研究者选择将其与某种碳材料复合来改善上述问题，例如Xiaochuan Ren等人合成了Sn-C键连接的SnSe纳米盘垂直生长在掺氮的碳纳米带上，用于高性能钠离子电池的负极材料。通过计算表明，N原子在NC基体中的存在促进了Sn-C键的形成。SnSe具有较低的层间Na离子扩散势垒，从放电产物Sn到原始SnSe/NC具有较小的能量势垒，表明SnSe/NC具有快速的电化学动力学和良好的可逆性。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种碳包覆类三明治结构SnSe/r-GO@C复合物及其制备方法和应用，将纳米颗粒状的SnSe均匀的生长在片状氧化石墨烯夹层之间，生长着硒化锡颗粒的三明治结构复合物外面包覆着一层碳材料，其结构稳定，作为钠离子电极材料具有较好的电化学性能。

为了实现以上目的，本发明提供了一种碳包覆类三明治结构SnSe/r-GO@C复合物的制备方法，包括以下步骤：

1)将30～90mg的氧化石墨烯加入到30～70mL乙二醇或甘油中，分散后加入0.05696g～5.696g的无机锡盐，搅拌后再加入0.02g～0.2g的表面活性剂至完全溶解得到溶液A；

2)将0.01975g～1.975g的硒粉加入到3～10ml的还原性溶剂中，搅拌至完全溶解得到溶液B；再将溶液B逐滴加入到溶液A中并搅拌，形成混合溶液C，混合溶液C中锡离子与硒离子按摩尔比为1：(1～4)；

3)将混合溶液C在120～200℃温度下水热反应，反应结束后冷却得到黑色的混合溶液D；

4)将10～30g的氧化石墨烯加入到10～20ml的乙二醇或甘油中，分散后得到溶液E，将溶液E加入混合溶液D并搅拌，得到混合溶液F；

5)将混合溶液F在120～200℃温度下水热反应，反应结束后冷却得到黑色的混合溶液G，将混合溶液G进行抽滤收集得到黑色粉体；

6)将抽滤收集得到的黑色粉体冷冻干燥后得到产物X，将产物X与有机物2-甲基咪唑固相混合研磨后得到混合物Y，将混合物Y在160～240℃温度下水热反应，反应结束后冷却得到黑色粉体，将黑色粉体经热处理后即得到碳包覆类三明治结构SnSe/r-GO@C复合物。

进一步地，所述无机锡盐为SnCl₂·2H₂O。