一种三元金属硫化物MnS/Cu2S/ZnS/C复合材料的制备方法及应用

本发明属于超级电容器，具体涉及一种mns/cu2s/zns/c复合材料的制备方法及应用。

背景技术：

1、葡萄糖酸锰可促进机体代谢，葡萄糖酸铜能有效治疗贫血、骨质疏松、高血压等疾病，因此被大规模批量生产。但由于多种原因上述药品也容易过期，必须及时合理地回收或转化为有用资源。目前常见的填埋或焚烧等处理策略，不仅对自然环境构成潜在风险，而且造成资源浪费。因此，促进废弃资源的再利用，特别是成功转化为电极材料似乎势在必行。

2、过渡金属硫化物具有导电性好、比容量高、电负性低、晶体结构独特、氧化还原活性高等特点，已成为电化学超级电容器良好的电极材料。其中mns是一种具有3.7ev带隙的半导体，由于比电容高、成本低、环保得到广泛研究。但由于体积膨胀，导电性和循环稳定性也受到了影响。cu2s具有导电性高、稳定性好、成本低、无毒等特点，也是一种良好的电极材料，但其比电容较低。zns的导电性高于mns，导电性低于cu2s，比电容也是居于mns和cu2s之间。可见，这三种金属硫化物具有各自的优缺点，单一组分电极的超电性能受限。如能将三者复合在一起，则可以融合三种组分的优点，实现1+1+1大于3的协同效应进行应用，然而目前关于三元金属硫化物的复合材料的制备还比较少，尤其是其在超级电容器中的应用可行性。

技术实现思路

1、本发明提供一种三元金属硫化物mns/cu2s/zns/c复合材料的制备方法及其在超级电容器中的应用可行性。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

3、一种三元金属硫化物mns/cu2s/zns/c复合材料的制备方法，包括如下步骤：

4、将过期葡萄糖酸锰、过期葡萄糖酸铜、氯化锌溶于水，混匀得到溶液a；

5、将硫脲加入水中，混匀得到溶液b；

6、将溶液b滴加到溶液a中，混匀得到溶液c；

7、在溶液c中加入氨水和乙二醇，搅拌混匀进行水热反应，过滤、洗涤、干燥得到中间产物，煅烧得到mns/cu2s/zns/c复合材料。

8、作为本发明的优选方案，所述过期葡萄糖酸锰和过期葡萄糖酸铜的摩尔比为1:6～3:2；过期葡萄糖酸锰和氯化锌的摩尔比为1:3～3:1。

9、作为本发明的优选方案，所述过期葡萄糖酸锰、过期葡萄糖酸铜和氯化锌金属盐的总摩尔量与硫脲的摩尔量比值为1:2～1:4。

10、作为本发明的优选方案，所述过期葡萄糖酸锰、过期葡萄糖酸铜和氯化锌的总摩尔量与氨水中的铵离子的摩尔量的比为1:2～1:3；氨水的质量浓度为25％。

11、作为本发明的优选方案，所述硫脲与乙二醇的比例为1～7mol/l。

12、作为本发明的优选方案，所述水热反应的温度为160～200℃，时间为16～20h。

13、作为本发明的优选方案，所述煅烧温度为400～600℃，时间为1～3h，煅烧气氛为氮气气氛。

14、本发明还提供所述方法制备的三元金属硫化物mns/cu2s/zns/c复合材料与导电剂、粘结剂聚四氟乙烯ptfe混合均匀制备电极浆液，并涂敷在泡沫镍上，制备电极应用在超级电容器上，并测试其超电性能。

15、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

16、本发明硫化物在充放电过程中容易发生体积膨胀，并导致循环稳定性的下降，通过与碳复合来改善硫化物在充放电过程中的体积膨胀，增加循环稳定性。

17、本发明将mns、cu2s、zns和c复合得到三元金属硫化物mns/cu2s/zns/c复合材料，利用三元金属硫化物之间1+1+1＞3的协同效应，不仅提高了三元金属硫化物复合材料的导电性，而且改善了其比电容和能量密度。

18、本发明所使用的原料是过期葡萄糖酸盐，既可以作为金属来源，也可以作为碳源，回收利用过期废药不仅有助于资源和环境保护，还具有经济效益和社会效益，是建设绿色、可持续发展的重要举措。

技术特征：

1.一种三元金属硫化物mns/cu2s/zns/c复合材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：将过期葡萄糖酸锰、过期葡萄糖酸铜、氯化锌溶于水，混匀得到溶液a；

2.根据权利要求1所述mns/cu2s/zns/c复合材料的制备方法，其特征在于，所述过期葡萄糖酸锰和过期葡萄糖酸铜的摩尔比为1:6～3:2；过期葡萄糖酸锰和氯化锌的摩尔比为1:3～3:1。

3.根据权利要求1所述mns/cu2s/zns/c复合材料的制备方法，其特征在于，所述过期葡萄糖酸锰、过期葡萄糖酸铜和氯化锌的总摩尔量与硫脲的摩尔量比为1:2～1:4。

4.根据权利要求1所述mns/cu2s/zns/c复合材料的制备方法，其特征在于，所述过期葡萄糖酸锰、过期葡萄糖酸铜和氯化锌的总摩尔量与氨水中的铵离子的摩尔量的比为1:2～1:3；氨水的质量浓度为25％。

5.根据权利要求1所述mns/cu2s/zns/c复合材料的制备方法，其特征在于，所述硫脲与乙二醇的比例为1～7mol/l。

6.根据权利要求1所述mns/cu2s/zns/c复合材料的制备方法，其特征在于，所述水热反应的温度为160～200℃，时间为16～20h。

7.根据权利要求1所述mns/cu2s/zns/c复合材料的制备方法，其特征在于，所述煅烧温度为400～600℃，时间为1～3h，气氛为氮气气氛。

8.权利要求1所述方法制备得到的三元金属硫化物mns/cu2s/zns/c复合材料作为电极材料在超级电容器上进行应用。

技术总结
本发明公开一种三元金属硫化物MnS/Cu2S/ZnS/C复合材料的制备方法及应用，属于超级电容器技术领域，本发明将过期葡萄糖酸锰、过期葡萄糖酸铜、氯化锌、氨水和硫脲加入到乙二醇水溶液中，进行水热反应后得到中间产物，洗涤干燥、煅烧后得到三元金属硫化物MnS/Cu2S/ZnS/C复合材料，并将其用作超级电容器的电极材料测试其超电性能；本发明发挥了三元金属硫化物之间的协同效应，提高了金属硫化物的导电性和比电容，改善了MnS/Cu2S/ZnS/C||AC不对称超级电容器的能量密度和循环稳定性。

技术研发人员：侯宏英,叶萌,刘显茜,吴润杰,孙兆威
受保护的技术使用者：昆明理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/8/16