[發明專利]一種過渡金屬銻硫化物的制備方法

在審

• 申請號: 201810411163.7
• 申請日: 2018-05-02
• 公開（公告）號: CN108557896A
• 公開（公告）日: 2018-09-21
• 發明（設計）人: 宋云;孫大林;王裴
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: C01G49/00
• 分類號: C01G49/00;C01G51/00;C01G53/00
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;陸尤

本發明屬于材料合成技術領域，具體為一種過渡金屬銻硫化物的制備方法。本發明以無機過渡金屬鹽、無機銻鹽和堿源為原料，通過共沉淀反應制備MSbO_x前驅體；在硫源的存在下，通過氣固體反應，在熱力學驅動下使S原子擴散入MSbO_x晶格，轉變成過渡金屬銻硫化物納米顆粒，記為MSbS。本發明方法產物相純度高，普適性強，能耗小和工藝簡單，克服了傳統制備MSbS需要長時間高溫硫化的缺點。制備的材料可廣泛應用于二次電池、熱導材料、光探測器池等領域。

技術領域

本發明屬于材料合成技術領域，具體涉及過渡金屬銻硫化物的制備方法。

背景技術

過渡金屬銻硫化物（記為MSbS），被廣泛應用于能源/能量轉換領域。Parker等人研究了FeSbS、CoSbS和NiSbS等材料的熱電性能，指出過渡金屬銻硫化物是極具潛力的能量轉化材料（D. Parker, A. F. May, H. Wang, M. A. McGuire, B. C. Sales, D. J.Singh, Physical Review B, 2013, 88(15)）。近年來，CoSbS和CuSbS等的應用逐步拓展至二次電池電極材料領域。Marino等人研究了CuSbS₂的儲鈉性能：得益于Cu元素的引入，與Sb₂S₃相比較，體積改變可以降至~212％，有效提升了電池循環過程中的穩定性（C. Marino,T. Block, R. Pottgen, C. Villevieille, Journal of Power Sources, 2017, 342,616-622.）。Lee等人將CoSbS與碳材料復合，研究了CoSbS/C的儲鋰性能。作為鋰電池負極材料與鋰片組成半電池，在100 mA g^-1的電流密度下循環80圈，容量能夠穩定在666 mAh g^-1。（J. O. Lee, J. U. Seo, J. H. Song, C. M. Park, C. K. Lee, Electrochemistry Communications, 2013, 28, 71-74）。

基于上述研究成果，過渡金屬銻硫化物是能源領域重要的一類材料，引起了廣泛關注。目前制備過渡金屬銻硫化物的方法集中在高能球磨混料以后，高溫長時間固相燒結。例如：通過球磨計量比的Co，Sb和S粉1小時實現混料，在800 °C氬氣氛圍下燒結5小時獲得斜方晶系的CoSbS；通過球磨計量比的Cu，Sb和S粉33小時實現均勻混料，將其封入石英管內并抽真空，在500 °C溫度下保溫5天獲得CuSbS。此外，Liu等人通過熱壓法制備了NiSbS和CoSbS：通過球磨計量比的原材料20小時，然后在90 MPa壓力和750 °C溫度下直流熱壓制備。（Z. H. Liu, H. Y. Geng, J. Shuai, Z. Y. Wang, J. Mao, D. Z. Wang, Q. Jie,W. Cai, J. H. Sui, Z. F. Ren, Journal of Materials Chemistry C, 2015, 3(40),10442-10450）。這些制備方法都需要引入高能球磨混料，長時間的固相燒結，耗時耗能，不利于控制材料制備與加工的成本。

發明內容

本發明的目的在于提供一種工藝簡單、操作方便且具有普適性的過渡金屬銻硫化物的制備方法。

本發明提供的過渡金屬銻硫化物（MSbS）的制備方法，以無機過渡金屬鹽、無機銻鹽和堿源為原料，通過共沉淀反應制備MSbO_x前驅體；在硫源的存在下，通過氣固體反應，在熱力學驅動下使S原子擴散入MSbO_x晶格，轉變成過渡金屬銻硫化物納米顆粒，記為MSbS；這里M為過渡金屬，x的取值范圍為3-4。