[0030] 下面结合具体实施方式对本发明做进一步的分析。
[0031] 实施例1、含氧空位缺陷SnO2-石墨烯纳米复合材料的制备。
[0032] A.SnO2-石墨烯纳米复合材料的合成:将200mg SnCl4·5H2O溶解到15ml 纯水中,搅拌均匀;取10ml浓度为2mg/ml的氧化石墨烯水溶液,缓慢滴加到SnCl4溶液中,在25℃室温下置于超声波洗池中震荡30min,获得黄褐色的透明澄清溶液。获得的溶液封装于50ml水热反应釜中,加热至 160℃,保温20h。将水热处理后的溶液进行离心分离(7000rpm,10min), 倾去上层清液体后将所得沉淀物置于烘箱中,60℃真空干燥16h。
[0033] B.回火处理:将获得的干燥粉末置于气氛保护管式炉中,在600℃下进行回火处理,同时通入含有3vol.%H2的H2/Ar混合气体,气体流速控制在100ml/min,处理时间为3小时,以引入氧空位缺陷。
[0034] 对比例、不含氧空位缺陷SnO2-石墨烯纳米复合材料的制备。
[0035] A.SnO2-石墨烯纳米复合材料的合成:将200mg SnCl4·5H2O溶解到15ml 纯水中,搅拌均匀;取10ml浓度为2mg/ml的氧化石墨烯水溶液,缓慢滴加到SnCl4溶液中,在25℃室温下置于超声波洗池中震荡30min,获得黄褐色的透明澄清溶液。获得的溶液封装于50ml水热反应釜中,加热至160℃,保温20h。将水热处理后的溶液进行离心分离(7000rpm,10min),倾去上层清液体后将所得沉淀物置于烘箱中,60℃真空干燥16h。
[0036] B.回火处理:将获得的干燥粉末置于气氛保护管式炉中,在600℃下进行回火处理,同时通入高纯Ar气,气体流速控制在100ml/min,处理时间为3小时。
[0037] 可以观察到,制备的含氧空位缺陷SnO2-石墨烯纳米复合材料具有典型的石墨烯类纳米复合材料的微观形貌结构(图1(a)),层片状结构为石墨烯组分,而纳米颗粒物为SnO2颗粒。与对比例(图1(b))相比较,实施例 1制得的含氧空位缺陷SnO2-石墨烯纳米复合材料在微观形貌上呈现出更多的褶皱和孔洞,其原因可能是在弱还原性气氛下氧化石墨烯被更充分的还原,致使更多的含氧类基团价键发生断裂。通过样品的TEM图片(图2) 可以看到,含氧空位缺陷SnO2-石墨烯纳米复合材料的SnO2晶粒呈现出较为模糊的边界,通过高分辨率透射电镜(HRTEM)的进一步观察,在SnO2的(110) 晶面上存在着诸多的空洞,证明氧空位缺陷被引入;而对比例的SnO2晶粒则表现出较为明显的边界,晶面上的原子排布较为整齐,缺陷较少。样品回火处理后的X射线衍射(XRD)图谱(图3)证明引入氧空位缺陷的SnO2仍然呈现出典型的红晶石结构SnO2。拉曼光谱分析(图4)表明,在还原性气氛中进行回火处理对于石墨烯组分的影响较小,仅略微地改变了石墨特征峰D和G的峰强比值(图4(a));对于SnO2纳米晶组分,引入缺陷后在473cm-1位置出现一个波峰,为SnO2的Eg拉曼活性振动模式,证明了氧空位缺陷的存在。样品通过X射线光电子能谱(XPS)分析其所含化合物的价键状态(图5),实验结果进一步证明样品中的Sn存在4价以外的价态 (图5(b)),氧化石墨烯在H2/Ar混合气氛中被还原的更为彻底(图5(c)),以及氧空位缺陷的存在(图5(d))。以上的实验结论均相互一致,充分证明含氧空位缺陷SnO2-石墨烯纳米复合材料被成功的制备。
[0038] 应用实施例2、含氧空位缺陷SnO2-石墨烯纳米复合材料的储钠性能测试[0039] 将实施例1制得的含氧空位缺陷SnO2-石墨烯纳米复合材料和对照例分别与Super P炭黑和PVDF以75:15:10wt.%的比例混合,用NMP溶剂调成膏状,涂覆在铜箔表面,待真空干燥后,将涂层铜箔切割成直径为15mm 的圆片作为钠离子电池电极。选用钠离子电池用电解液(EC:PC=1:1, NaClO4浓度为1mol/L)和金属钠箔片作为对电极,在手套箱中组装成 RC2030型纽扣电池,在Neware BTS电池测试系统进行恒电流充放电测试。钠离子电池的容量测试采用恒电流充放电法进行测试,测试时选用的电流密度为40mA/g,充放电电位从0.05-3V,执行循环50次。倍率性能测试在50次循环后执行,选用的电流密度分别为40,100,
240,600,1200mA/g,充放电电位从0.05-3V,每组电流密度执行循环10次。钠离子电池的老化测试采用恒电流充放电法进行测试,测试时选用的电流密度为40mA/g,充放电电位从
0.05-3V,执行循环300次。结合图6,图7和图8可得知,该材料用作钠离子电池负极时,与不含氧空位缺陷的对比例相比较表现出了良好的储钠容量(530mAh/g,电流密度40mA/g),倍率性能(391mAh/g,电流密度1200mA/g)和循环寿命(≥500mAh/g,300循环)。
[0040] 实施例2、含氧空位缺陷SnO2-石墨烯纳米复合材料的制备。
[0041] A.SnO2-石墨烯纳米复合材料的合成:将100mg SnCl4·5H2O溶解到15ml 纯水中,搅拌均匀;取5ml浓度为2mg/ml的氧化石墨烯水溶液,缓慢滴加到SnCl4溶液中,在25℃室温下置于超声波洗池中震荡15min,获得黄褐色的透明澄清溶液。获得的溶液封装于50ml水热反应釜中,加热至140℃,保温24h。将水热处理后的溶液进行离心分离(5000rpm,10min),倾去上层清液体后将所得沉淀物置于烘箱中,80℃真空干燥12h。
[0042] B.回火处理:将获得的干燥粉末置于气氛保护管式炉中,在400℃下进行回火处理,同时通入含有8vol.%H2的H2/Ar混合气体,气体流速控制在800ml/min,处理时间为3小时,以引入氧空位缺陷。
[0043] 制备的含氧空位缺陷SnO2-石墨烯纳米复合材料与实施例1相似,具有典型的石墨烯类纳米复合材料的微观形貌结构,层片状结构为石墨烯组分,而纳米颗粒物为SnO2颗粒。在微观形貌上呈现出较多的褶皱和孔洞,在SnO2的晶面上存在着诸多的空洞,证明氧空位缺陷被引入。
[0044] 该材料用作钠离子电池负极时,与不含氧空位缺陷的对比例相比较表现出了良好的储钠容量(480mAh/g,电流密度40mA/g),倍率性能(324mAh/g,电流密度1200mA/g)和循环寿命(≥430mAh/g,300循环)。
[0045] 实施例3、含氧空位缺陷SnO2-石墨烯纳米复合材料的制备。
[0046] A.SnO2-石墨烯纳米复合材料的合成:将300mg SnCl4·5H2O溶解到15ml 纯水中,搅拌均匀;取8ml浓度为2mg/ml的氧化石墨烯水溶液,缓慢滴加到SnCl4溶液中,在25℃室温下置于超声波洗池中震荡25min,获得黄褐色的透明澄清溶液。获得的溶液封装于50ml水热反应釜中,加热至150℃,保温16h。将水热处理后的溶液进行离心分离(6000rpm,6min),倾去上层清液体后将所得沉淀物置于烘箱中,50℃真空干燥16h。
[0047] B.回火处理:将获得的干燥粉末置于气氛保护管式炉中,在500℃下进行回火处理,同时通入含有5vol.%H2的H2/Ar混合气体,气体流速控制在 50ml/min,处理时间为5小时,以引入氧空位缺陷。
[0048] 制备的含氧空位缺陷SnO2-石墨烯纳米复合材料与实施例1相似,具有典型的石墨烯类纳米复合材料的微观形貌结构,层片状结构为石墨烯组分,而纳米颗粒物为SnO2颗粒。在微观形貌上呈现出较多的褶皱和孔洞,在SnO2的晶面上存在着诸多的空洞,证明氧空位缺陷被引入。
[0049] 该材料用作钠离子电池负极时,与不含氧空位缺陷的对比例相比较表现出了良好的储钠容量(473mAh/g,电流密度40mA/g),倍率性能(311mAh/g,电流密度1200mA/g)和循环寿命(≥427mAh/g,300循环)。
[0050] 总之,以上所述钠电池应用仅为本发明的较佳实施例,凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰,皆应属本发明专利的涵盖范围。