[發明專利]一種氫氧化氧釩包覆的二硫化釩納米片及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201710571056.6
• 申請日: 2017-07-13
• 公開（公告）號: CN107221646B
• 公開（公告）日: 2019-07-16
• 發明（設計）人: 黃劍鋒;李文斌;曹麗云;馮亮亮;李瑞梓
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: H01M4/04
• 分類號: H01M4/04;H01M4/58
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 王萌

本發明提供了一種氫氧化氧釩包覆的二硫化釩納米片及其制備方法和應用，將偏釩酸鈉和硫代乙酰胺在磁力攪拌狀態下同時溶解于去離子水中。然后，將上述溶液倒入反應內襯中后密封，繼而將內襯裝于外釜中固定后置于均相反應儀中。最后，將反應后的產物冷卻后洗滌、收集、干燥，即可得到VOOH包覆的VS₂納米片。本發明制備的VOOH包覆的VS₂納米片化學組成均一，純度較高，形貌均勻，且具有特定的自組裝結構，作為鈉離子電池電極材料時表現出了優異的電化學性能。此外，該方法克服了傳統煅燒方法溫度高的缺點，且不需要大型設備和苛刻的反應條件，原料廉價易得，成本低，產率高，無需后期處理，對環境友好，可以適合大規模生產。

【技術領域】

本發明涉及一種復合材料的制備方法，具體涉及一種VOOH包覆的VS₂納米片的制備方法及應用。

【背景技術】

鈉因為分布廣泛和成本低的特點，因此，鈉離子電池作為下一代大尺度能量存儲系統受到了越來越多的關注。為了找到合適的鈉離子電池負極材料，研究者通過實驗的手段探索了大量的活性材料。在這些負極材料中，由于它們具有合適層間空間的層狀結構，過渡金屬二硫化物如MoS₂、WS₂和VS₂等被認為是一種非常有前景的候選者。盡管最近的研究已經表明MoS₂和WS₂能夠展現出優異的儲鈉性能，但是它們的半導體特性引起的差的電子傳輸性能限制了其進一步發展。作為過渡金屬二硫化物家族中的一個典型成員，擁有優異導電性的金屬態VS₂被期望能夠在作為鈉電負極材料的循環過程中展現出優異的電子傳輸性能。VS₂屬于一種具有層狀結構的六方晶系，金屬態V夾雜在兩層S之間形成了S-V-S層，S-V-S在空間堆疊形成了層狀結構，層與層之間的空間距離為能夠為鈉離子的嵌入提供充足的空間。值得一提的是，層與層之間通過范德華力連接，這種弱的連接有助于鈉離子/電子在層間快速傳輸而不引起嚴重的結構破壞。此外，相關研究也表明層狀VS₂具有高的比容量，大的表面活性，低的離子擴散阻力和低的開路電壓，這更加使VS₂成為了一種有前景的鈉離子負極材料。然而，近來關于VS₂的研究卻主要集中于電催化、鐵磁體、生物傳感器、磁電子器件、超級電容器及鋰電。

盡管第一性原理計算進一步表明：VS₂作為鈉離子電池負極材料能夠表現出優異的電化學性能，但是將實驗制備的VS₂直接用作鈉離子電池負極材料的報道卻很少。此外，在VS₂作為鋰離子電池電極材料的循環過程中，VS₂的體積膨脹將引起其粉化，繼而大大降低它的電化學性能。當將VS₂應用于鈉離子電池時，由于鈉離子具有比鋰離子更大的半徑，這種體積膨脹將變得更明顯。

目前，緩解體積膨脹繼而改善VS₂電化學性能的主要方法是與石墨烯、碳納米管及有機高分子等材料復合。然而，這些材料對VS₂體積膨脹的抑制僅僅出現在接觸點的方向上，導致了不顯著的電化學性能改善。此外，這些材料需要單獨制備或購買，會使整個合成過程變得復雜、低效和高成本。

因此，探索高效、簡單和低成本的方法，來抑制VS₂的體積膨脹，以最終提升其儲鈉性能是非常有必要，也是非常有意義的。

【發明內容】

本發明的目的在于提供一種高效、簡單和低成本制備具有優異儲鈉性能的VS₂負極材料，特別涉及一種VOOH包覆的VS₂納米片的制備方法及其應用，該方法采用一步低溫水熱在VS₂納米片表面原位生長了VOOH，這種方法反應過程簡單，反應溫度低，且不需要大型設備和苛刻的反應條件。

本發明采用以下技術方案：