一种SnS2纳米花修饰P掺杂g-C3N4的超级电容器材料及制法的制作方法

一种sns2纳米花修饰p掺杂g-c3n4的超级电容器材料及制法
技术领域
[0001]
本发明涉及超级电容器技术领域，具体为一种sns2纳米花修饰p掺杂g-c3n4的超级电容器材料及制法。


背景技术：

[0002]
随着社会的发展，化石燃料的使用量急剧增加，带来了严重的温室效应和能源危机，新能源和储能技术的开发迫在眉睫，超级电容器是一种具有功率密度高、库伦效率好等优点的储能装置，具有广阔的应用前景，其性能主要受电极材料的影响，因此，需要制备出一种低成本、电化学稳定性好、比电容高的电极材料。
[0003]
目前，sns2、sno2等锡基材料具有较高的比电容、成本较低、储量丰富等优点，其中sns2的层状结构使其具有优异的理论容量，在超级电容器领域具有广阔的应用前景，但是其导电性不好、体积效应严重，导致其实际比电容较低，限制了其应用，石墨相氮化碳g-c3n4具有较好的化学稳定性、优异的库伦效率、较低的成本等优点，广泛应用于超级电容器、锂离子电池等领域，用其修饰sns2，可以有效改善sns2的体积效应，同时元素掺杂改善了g-c3n4的电化学性质。
[0004]
(一)解决的技术问题
[0005]
针对现有技术的不足，本发明提供了一种sns2纳米花修饰p掺杂g-c3n4的超级电容器材料及制法，解决了sns2电极材料的体积效应严重、实际比电容较低的问题。
[0006]
(二)技术方案
[0007]
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种sns2纳米花修饰p掺杂g-c3n4的超级电容器材料，所述sns2纳米花修饰p掺杂g-c3n4的超级电容器材料制备方法如下：
[0008]
(1)向反应瓶中加入去离子水、聚苯乙烯、亚磷酸、二氰二氨，在60-100℃下搅拌均匀，移入反应釜内，在160-200℃下反应8-12h，离心并干燥，得到磷掺杂g-c3n4前驱体；
[0009]
(2)将磷掺杂g-c3n4前驱体置于管式炉中，进行煅烧过程，冷却至室温，得到磷掺杂多孔g-c3n4；
[0010]
(3)向反应瓶中加入溶剂乙二醇、氨基硫脲、四氯化锡、磷掺杂多孔g-c3n4，分散均匀，移入反应釜内，在160-200℃下反应8-16h，冷却至室温，抽滤，用无水乙醇、去离子水洗涤干净并干燥，得到sns2纳米花修饰p掺杂g-c3n4的超级电容器材料；
[0011]
(4)向反应瓶中加入n-甲基吡咯烷酮、导电剂炭黑、粘合剂聚偏氟乙烯、sns2纳米花修饰p掺杂g-c3n4的超级电容器材料，分散均匀，将得到的碳浆均匀涂抹在石墨纸上并干燥，得到超级电容器工作电极。
[0012]
优选的，所述步骤(1)中聚苯乙烯、亚磷酸、二氰二氨的质量比为30-50:2.5-4:100。
[0013]
优选的，所述步骤(2)中管式炉包括底座，底座的顶部活动连接有炉体，炉体的中间活动连接有炉管，炉管的右侧活动连接有端盖，端盖的右侧活动连接有阀门，阀门的右侧活动连接有气瓶，端盖的左侧活动连接有气孔，气孔的底部活动连接有集气瓶，集气瓶的顶
部活动连接有排气管，炉管的内部活动连接有温度计，温度计的左侧活动连接有导线，炉体的顶部活动连接有控制模块，炉体的内部活动连接有电阻丝。
[0014]
优选的，所述步骤(2)中煅烧过程为在氮气氛围中500-600℃下煅烧6-12h。
[0015]
优选的，所述步骤(3)中氨基硫脲、四氯化锡、磷掺杂多孔g-c3n4的质量比为30-45:45-65:10。
[0016]
(三)有益的技术效果
[0017]
与现有技术相比，本发明具备以下有益的技术效果：
[0018]
该一种sns2纳米花修饰p掺杂g-c3n4的超级电容器材料，以聚苯乙烯为模板、亚磷酸为磷源、二氰二氨为氮源和碳源，经过水热，得到磷掺杂g-c3n4前驱体，经过煅烧，得到磷掺杂多孔g-c3n4，具有超高的比表面积，磷原子掺杂进g-c3n4的晶格中，改善了g-c3n4的lumo轨道能级和humo轨道能级，从而加速了电子的转移，提高了g-c3n4的导电性，再以g-c3n4为载体，氨基硫脲、四氯化锡为原料，在g-c3n4上原位生长sns2纳米片，进一步sns2纳米片自组装形成sns2纳米花，sns2独特的纳米花状形貌，具有超高的比表面积，有利于增强赝电容电容效应，暴露更多的赝电容活性位点。
[0019]
该一种sns2纳米花修饰p掺杂g-c3n4的超级电容器材料，sn
4+
与带负电荷的g-c3n4之间产生静电作用，使得g-c3n4和sns2具有快速的异质晶体成核和稳定的成核中心，二者形成异质结构，抑制了sns2的体积效应，减少了sns2的团聚，提高了其循环稳定性，且异质结构降低了g-c3n
4-sns2的电荷转移电阻，从而加速了电子的转移，提高了电极材料的倍率性能和实际比电容，以及良好的循环稳定性。
附图说明
[0020]
图1是管式炉结构示意图；
[0021]
图2是炉体结构示意图。
[0022]
1、底座；2、炉体；3、炉管；4、端盖；5、阀门；6、气瓶，；7、气孔；8、集气瓶；9、排气管；10、温度计；11、导线；12、控制模块；13、电阻丝。
具体实施方式
[0023]
为实现上述目的，本发明提供如下具体实施方式和实施例：一种sns2纳米花修饰p掺杂g-c3n4的超级电容器材料，sns2纳米花修饰p掺杂g-c3n4的超级电容器材料制备方法如下：
[0024]
(1)向反应瓶中加入去离子水、聚苯乙烯、亚磷酸、二氰二氨，三者的质量比为30-50:2.5-4:100，在60-100℃下搅拌均匀，移入反应釜内，在160-200℃下反应8-12h，离心并干燥，得到磷掺杂g-c3n4前驱体；
[0025]
(2)将磷掺杂g-c3n4前驱体置于管式炉中，管式炉包括底座，底座的顶部活动连接有炉体，炉体的中间活动连接有炉管，炉管的右侧活动连接有端盖，端盖的右侧活动连接有阀门，阀门的右侧活动连接有气瓶，端盖的左侧活动连接有气孔，气孔的底部活动连接有集气瓶，集气瓶的顶部活动连接有排气管，炉管的内部活动连接有温度计，温度计的左侧活动连接有导线，炉体的顶部活动连接有控制模块，炉体的内部活动连接有电阻丝，进行煅烧过程，煅烧过程为在氮气氛围中500-600℃下煅烧6-12h，冷却至室温，得到磷掺杂多孔g-c3n4；
[0026]
(3)向反应瓶中加入溶剂乙二醇、氨基硫脲、四氯化锡、磷掺杂多孔g-c3n4，三者的质量比为30-45:45-65:10，分散均匀，移入反应釜内，在160-200℃下反应8-16h，冷却至室温，抽滤，用无水乙醇、去离子水洗涤干净并干燥，得到sns2纳米花修饰p掺杂g-c3n4的超级电容器材料；
[0027]
(4)向反应瓶中加入n-甲基吡咯烷酮、导电剂炭黑、粘合剂聚偏氟乙烯、sns2纳米花修饰p掺杂g-c3n4的超级电容器材料，分散均匀，将得到的碳浆均匀涂抹在石墨纸上并干燥，得到超级电容器工作电极。
[0028]
实施例1
[0029]
(1)向反应瓶中加入去离子水、聚苯乙烯、亚磷酸、二氰二氨，三者的质量比为30:2.5:100，在60℃下搅拌均匀，移入反应釜内，在160℃下反应8h，离心并干燥，得到磷掺杂g-c3n4前驱体；
[0030]
(2)将磷掺杂g-c3n4前驱体置于管式炉中，管式炉包括底座，底座的顶部活动连接有炉体，炉体的中间活动连接有炉管，炉管的右侧活动连接有端盖，端盖的右侧活动连接有阀门，阀门的右侧活动连接有气瓶，端盖的左侧活动连接有气孔，气孔的底部活动连接有集气瓶，集气瓶的顶部活动连接有排气管，炉管的内部活动连接有温度计，温度计的左侧活动连接有导线，炉体的顶部活动连接有控制模块，炉体的内部活动连接有电阻丝，进行煅烧过程，煅烧过程为在氮气氛围中500℃下煅烧6h，冷却至室温，得到磷掺杂多孔g-c3n4；
[0031]
(3)向反应瓶中加入溶剂乙二醇、氨基硫脲、四氯化锡、磷掺杂多孔g-c3n4，三者的质量比为30:45:10，分散均匀，移入反应釜内，在160℃下反应8h，冷却至室温，抽滤，用无水乙醇、去离子水洗涤干净并干燥，得到sns2纳米花修饰p掺杂g-c3n4的超级电容器材料；
[0032]
(4)向反应瓶中加入n-甲基吡咯烷酮、导电剂炭黑、粘合剂聚偏氟乙烯、sns2纳米花修饰p掺杂g-c3n4的超级电容器材料，分散均匀，将得到的碳浆均匀涂抹在石墨纸上并干燥，得到超级电容器工作电极。
[0033]
实施例2
[0034]
(1)向反应瓶中加入去离子水、聚苯乙烯、亚磷酸、二氰二氨，三者的质量比为36:3:100，在70℃下搅拌均匀，移入反应釜内，在170℃下反应9h，离心并干燥，得到磷掺杂g-c3n4前驱体；
[0035]
(2)将磷掺杂g-c3n4前驱体置于管式炉中，管式炉包括底座，底座的顶部活动连接有炉体，炉体的中间活动连接有炉管，炉管的右侧活动连接有端盖，端盖的右侧活动连接有阀门，阀门的右侧活动连接有气瓶，端盖的左侧活动连接有气孔，气孔的底部活动连接有集气瓶，集气瓶的顶部活动连接有排气管，炉管的内部活动连接有温度计，温度计的左侧活动连接有导线，炉体的顶部活动连接有控制模块，炉体的内部活动连接有电阻丝，进行煅烧过程，煅烧过程为在氮气氛围中530℃下煅烧8h，冷却至室温，得到磷掺杂多孔g-c3n4；
[0036]
(3)向反应瓶中加入溶剂乙二醇、氨基硫脲、四氯化锡、磷掺杂多孔g-c3n4，三者的质量比为35:51:10，分散均匀，移入反应釜内，在170℃下反应10h，冷却至室温，抽滤，用无水乙醇、去离子水洗涤干净并干燥，得到sns2纳米花修饰p掺杂g-c3n4的超级电容器材料；
[0037]
(4)向反应瓶中加入n-甲基吡咯烷酮、导电剂炭黑、粘合剂聚偏氟乙烯、sns2纳米花修饰p掺杂g-c3n4的超级电容器材料，分散均匀，将得到的碳浆均匀涂抹在石墨纸上并干燥，得到超级电容器工作电极。
[0038]
实施例3
[0039]
(1)向反应瓶中加入去离子水、聚苯乙烯、亚磷酸、二氰二氨，三者的质量比为43:3.5:100，在85℃下搅拌均匀，移入反应釜内，在185℃下反应10h，离心并干燥，得到磷掺杂g-c3n4前驱体；
[0040]
(2)将磷掺杂g-c3n4前驱体置于管式炉中，管式炉包括底座，底座的顶部活动连接有炉体，炉体的中间活动连接有炉管，炉管的右侧活动连接有端盖，端盖的右侧活动连接有阀门，阀门的右侧活动连接有气瓶，端盖的左侧活动连接有气孔，气孔的底部活动连接有集气瓶，集气瓶的顶部活动连接有排气管，炉管的内部活动连接有温度计，温度计的左侧活动连接有导线，炉体的顶部活动连接有控制模块，炉体的内部活动连接有电阻丝，进行煅烧过程，煅烧过程为在氮气氛围中560℃下煅烧9h，冷却至室温，得到磷掺杂多孔g-c3n4；
[0041]
(3)向反应瓶中加入溶剂乙二醇、氨基硫脲、四氯化锡、磷掺杂多孔g-c3n4，三者的质量比为40:58:10，分散均匀，移入反应釜内，在185℃下反应13h，冷却至室温，抽滤，用无水乙醇、去离子水洗涤干净并干燥，得到sns2纳米花修饰p掺杂g-c3n4的超级电容器材料；
[0042]
(4)向反应瓶中加入n-甲基吡咯烷酮、导电剂炭黑、粘合剂聚偏氟乙烯、sns2纳米花修饰p掺杂g-c3n4的超级电容器材料，分散均匀，将得到的碳浆均匀涂抹在石墨纸上并干燥，得到超级电容器工作电极。
[0043]
实施例4
[0044]
(1)向反应瓶中加入去离子水、聚苯乙烯、亚磷酸、二氰二氨，三者的质量比为50:4:100，在100℃下搅拌均匀，移入反应釜内，在200℃下反应12h，离心并干燥，得到磷掺杂g-c3n4前驱体；
[0045]
(2)将磷掺杂g-c3n4前驱体置于管式炉中，管式炉包括底座，底座的顶部活动连接有炉体，炉体的中间活动连接有炉管，炉管的右侧活动连接有端盖，端盖的右侧活动连接有阀门，阀门的右侧活动连接有气瓶，端盖的左侧活动连接有气孔，气孔的底部活动连接有集气瓶，集气瓶的顶部活动连接有排气管，炉管的内部活动连接有温度计，温度计的左侧活动连接有导线，炉体的顶部活动连接有控制模块，炉体的内部活动连接有电阻丝，进行煅烧过程，煅烧过程为在氮气氛围中600℃下煅烧12h，冷却至室温，得到磷掺杂多孔g-c3n4；
[0046]
(3)向反应瓶中加入溶剂乙二醇、氨基硫脲、四氯化锡、磷掺杂多孔g-c3n4，三者的质量比为45:65:10，分散均匀，移入反应釜内，在200℃下反应16h，冷却至室温，抽滤，用无水乙醇、去离子水洗涤干净并干燥，得到sns2纳米花修饰p掺杂g-c3n4的超级电容器材料；
[0047]
(4)向反应瓶中加入n-甲基吡咯烷酮、导电剂炭黑、粘合剂聚偏氟乙烯、sns2纳米花修饰p掺杂g-c3n4的超级电容器材料，分散均匀，将得到的碳浆均匀涂抹在石墨纸上并干燥，得到超级电容器工作电极。
[0048]
对比例1
[0049]
(1)向反应瓶中加入去离子水、聚苯乙烯、亚磷酸、二氰二氨，三者的质量比为20:2:100，在80℃下搅拌均匀，移入反应釜内，在180℃下反应10h，离心并干燥，得到磷掺杂g-c3n4前驱体；
[0050]
(2)将磷掺杂g-c3n4前驱体置于管式炉中，管式炉包括底座，底座的顶部活动连接有炉体，炉体的中间活动连接有炉管，炉管的右侧活动连接有端盖，端盖的右侧活动连接有阀门，阀门的右侧活动连接有气瓶，端盖的左侧活动连接有气孔，气孔的底部活动连接有集
气瓶，集气瓶的顶部活动连接有排气管，炉管的内部活动连接有温度计，温度计的左侧活动连接有导线，炉体的顶部活动连接有控制模块，炉体的内部活动连接有电阻丝，进行煅烧过程，煅烧过程为在氮气氛围中550℃下煅烧8h，冷却至室温，得到磷掺杂多孔g-c3n4；
[0051]
(3)向反应瓶中加入溶剂乙二醇、氨基硫脲、四氯化锡、磷掺杂多孔g-c3n4，三者的质量比为25:35:10，分散均匀，移入反应釜内，在180℃下反应12h，冷却至室温，抽滤，用无水乙醇、去离子水洗涤干净并干燥，得到sns2纳米花修饰p掺杂g-c3n4的超级电容器材料；
[0052]
(4)向反应瓶中加入n-甲基吡咯烷酮、导电剂炭黑、粘合剂聚偏氟乙烯、sns2纳米花修饰p掺杂g-c3n4的超级电容器材料，分散均匀，将得到的碳浆均匀涂抹在石墨纸上并干燥，得到超级电容器工作电极。
[0053]
以铂片为对电极，聚乙烯微孔膜为隔膜，电解液为质量比为4:1的聚乙烯醇和koh的50ml水溶液，再分别与实施例和对比例中得到的超级电容器工作电极，在氩气手套箱中组装，得到sns2纳米花修饰p掺杂g-c3n4的纽扣电池，采用dh7000型电化学工作站进行充放电测试，测试标准为gb/t34870.1-2017。
[0054][0055]