[發明專利]一種多級結構VS4納米粉體及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201610285911.2
• 申請日: 2016-04-29
• 公開（公告）號: CN105923652B
• 公開（公告）日: 2018-02-09
• 發明（設計）人: 黃劍鋒;李文斌;王海靜;李瑞梓;費杰;曹麗云;任一杰;羅曉敏;聞稼寶;井宣人
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: C01G31/00
• 分類號: C01G31/00;B82Y40/00;B01J27/04;H01M4/58;H01G11/30
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司61200
• 代理人: 陸萬壽

【技術領域】

本發明涉及一種四硫化釩納米材料的制備方法，具體涉及一種多級結構VS₄納米粉體及其制備方法和應用。

【背景技術】

鋰離子電池由于具有工作電壓高、容量高、自放電小和循環壽命長等優點而廣泛應用于便攜式電子市場。但是，全球的鋰資源將無法有效滿足動力鋰離子電池的巨大需求[Tarascon J M, Armand M.Issues and challenges facing rechargeable lithium batteries[J].Nature,2001,414(6861): 359-367]。鈉離子電池由于具有資源豐富、成本低廉、環境友好等特點，被認為是替代鋰離子電池作為下一代電動汽車動力電源及大規模儲能電站配套電源的理想選擇，因此探尋高容量及優異循環性能的儲鈉電極材料已成為目前電池領域的研究熱點[Slater M D,Kim D,Lee E,et al. Sodium‐Ion Batteries[J].Advanced Functional Materials,2013,23(8):947-958]。。

目前，鈉離子電池負極材料的研究主要集中在硬碳/軟碳、合金材料、化合物以及有機物材料等。鉬、鎢和釩等過渡金屬硫化物是一類比較理想的鋰離子和鈉離子電池負極材料，因為這類硫化物一般具有層狀結構，他們的層間距都比較大，在與鋰和鈉電化學反應過程中，鋰離子和鈉離子能嵌入到層狀結構。并且這類硫化物另外一個重要特點是層隙間存在范德華力，它能夠提供鋰離子或鈉離子的嵌入空間。在鋰離子或鈉離子發生嵌入反應時，在一個完整的充電反應發生過程中，既有鋰離子或鈉離子通過擴散到層間隙儲鋰(鈉)，同樣的還發生金屬離子還原為低價態儲鋰(鈉)。特別是最近的研宄表明，過渡金屬二硫化物通過與高導電的碳材料復合，形成MoS₂、WS₂和VS₂碳纖維和石墨烯等復合材料展現出極好的儲鋰或者儲鈉性能[翟伯華. 硫化物復合材料的合成及其儲鋰(鈉)性能研究[D].湖南大學,2014]。

關于過渡金屬硫化物作為鈉離子電池負極材料的報道卻主要集中在硫化鉬和硫化鎢的研究。關于硫化釩的報到也主要集中在二硫化釩，許多研究者報道了通過水熱法制備出具有納米片、納米花結構的二硫化釩。由于四硫化釩的合成條件苛刻、反應難以控制，導致了對它的研究進展一直比較緩慢。關于其作為鋰/鈉離子電池電極材料的報道更是少見。

【發明內容】

本發明的目的在于提供一種多級結構VS₄納米粉體及其制備方法和應用，其操作簡單，通過一步水熱即可得到、且反應溫度低、反應周期短，制得的VS₄化學組分均一，純度高。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種多級結構VS₄納米粉體的制備方法，先將釩源溶液和硫源溶液在攪拌下混合，控制釩和硫的摩爾比為1:1～1:2，得到混合液，釩源的濃度為0.06～0.6mol/L；然后將混合液進行水熱反應，反應結束后，冷卻，洗滌、收集、烘干，即可得到多級結構VS₄納米粉體；所述水熱反應的溫度為160～200℃，時間為12～36h。

進一步地，所述水熱反應的填充比為40～80％。

進一步地，所述洗滌方式為抽濾洗滌或離心洗滌，收集方式為抽濾收集或離心收集。

進一步地，水熱反應完成后，對反應后的溶液進行抽濾，先后用去離子水和無水乙醇進行洗滌，以去除水熱反應過程中產生的雜質。

進一步地，所述干燥的溫度為60～120℃，時間為6～24h。

進一步地，所述的攪拌方式為磁力攪拌或超聲分散。

進一步地，所述釩源為偏釩酸鈉、釩酸鈉、偏釩酸銨、五氧化二釩以及偏釩酸鉀中的一種或幾種。

進一步地，所述硫源為硫代乙酰胺、二乙基硫代氨基甲酸鈉以及硫單質中的一種或幾種。

一種多級結構VS₄納米粉體，該多級結構VS₄納米粉體為具有中空短棒狀VS₄并負載于短棒纏繞成的球狀上，其中，中空短棒的直徑為50nm，長度為200nm。一種通過上述方法制備的多級結構VS₄納米粉體的應用，該多級結構VS₄納米粉體應用于鈉/鋰/鎂離子電池以及光催化領域。

相對于現有技術，本發明至少具有以下有益效果：