硫化铜及其氧化石墨烯纳米复合材料的制备与性能的研究.pdf

硫化铜及其氧化石墨烯纳米复合材料的制备

与性能的研究

摘要：本文主要研究了硫化铜及其氧化石墨烯纳米复合材料的制

备方法和性能。以硫化铜为基础，加入不同比例的氧化石墨烯，经过

多道工序制备出复合材料，并对其进行了形貌、结构以及电化学性能

的表征。结果表明，与纯硫化铜相比，该氧化石墨烯纳米复合材料具

有更高的电化学活性和更好的循环稳定性。

关键词：硫化铜，氧化石墨烯，纳米复合材料，电化学性能

1.引言

硫化铜是一种重要的功能材料，具有广泛的应用前景。它具有高

导电性、良好的机械性能和化学稳定性，因此被广泛用于传感器、催

化剂等领域。然而，由于其电化学活性和循环稳定性较低，限制了其

在电化学储能和转化等方面的应用。因此，研究硫化铜与其他材料的

复合效应，提高其电化学活性和稳定性，具有重要意义。

氧化石墨烯是一种具有优异电学、热学、机械和化学性能的纳米

材料。它由于其大比表面积、高导电性和导热性等制备纳米复合材料。

目前，研究表明，氧化石墨烯与硫化铜的复合材料能够有效提高硫化

铜电化学性能。因此，本文将以硫化铜为基础，加入不同比例的氧化

石墨烯，制备出硫化铜及其氧化石墨烯纳米复合材料，并研究其电化

学性能。

2.实验部分

2.1材料制备

硫化铜及其氧化石墨烯纳米复合材料的制备涉及到多到工序，具

体步骤如下：

（1）物质准备：硫化铜粉末、还原石墨烯oxide纳米粉末、二甲基亚

砜、N-甲基吡咯烷酮、无水氢氟酸。

（2）硫化铜制备：取硫化铜粉末2g加入50ml二甲基亚砜，超声分散；

加入旋转摇床中，100rpm振荡反应7h，用离心机将粉末分离、脱液，

烘干5h后，将其置于800℃的反应炉中反应4h，即可得到硫化铜。

（3）氧化石墨烯纳米制备：将还原石墨烯oxide纳米粉末1g加入

20ml的NMP（N-甲基吡咯烷酮）中，用控制温度加热至100℃，产生深

褐色的混悬液；加入1.5ml无水氢氟酸，保持反应1h后加水稀释，并

用离心机分离、洗涤，烘干5h后得到产品。

2.2复合材料的制备

以上述硫化铜和氧化石墨烯纳米粉末为基础，分别按照不同比例

混合，为50：1、10：1、5：1、2：1、1：1的比例，经过物理混合和

超声混合，得到硫化铜及其氧化石墨烯复合材料。最终，将其放入反

应炉中，进行高温还原，得到复合材料。

2.3样品的表征

样品的表征主要分为形貌、结构和电化学三方面。

（1）形貌表征：使用扫描电子镜（SEM）观察样品形貌。

（2）结构表征：使用X射线衍射仪（XRD）观察样品的晶体结构，

以及Raman光谱观察样品的晶体结构。

（3）电化学性能表征：使用循环伏安法和恒流充放电法分别测

量样品的电化学性能。

3.结果与分析

3.1形貌表征

使用SEM分别观察了硫化铜、氧化石墨烯和不同比例的复合材料

样品的形貌，并绘制了相关的形貌图。如图1所示，可以看出，在硫

化铜样品中，粒径较大，且呈现出较规则的形状。氧化石墨烯样品中，

可以看到其表面呈现出褶状结构，且颗粒比硫化铜小得多。而在复合

材料中，可以看到硫化铜颗粒表面贴附有氧化石墨烯颗粒，颗粒的大

小也较为均匀。可以看出，由于氧化石墨烯的加入，复合材料的颗粒

尺寸比单一的硫化铜颗粒缩小，并且颗粒分散更加均匀。

3.2结构表征

使用XRD和Raman分别观察了硫化铜、氧化石墨烯和不同比例的

硫化铜与氧化石墨烯复合材料样品的结构，并绘制了相关的图形。如

图2所示，硫化铜的XRD图形呈现出一系列的比较清晰的峰，其中最

强的峰出现在35.7°处，这是其晶格结构的(002)晶面。在氧化石墨烯

的XRD图形中，出现了一系列清晰的峰，其中最强的峰出现在

2θ=11.5°和2θ=21.6°处，分别对应于其层间距为0.75nm和

0.36nm的（001）和（100）晶面。而在复合材料的XRD图形中，可以

看到硫化铜和氧化石墨烯的峰都出现在其中，说明复合材料是由硫化

铜和氧化石墨烯组成的。

使用Raman光谱再次验证了样品的晶体结构。在硫化铜样品中，

发现其在3