花狀五氧化二釩/二硫化三鎳納米片及其制備方法和應用與流程

文檔序號：11477257閱讀：882來源：國知局

本發(fā)明涉及五氧化二釩/二硫化三鎳納米材料，具體地，涉及花狀五氧化二釩/二硫化三鎳納米片及其制備方法和應用。

背景技術：

由于化石燃料的消耗和日益嚴重的環(huán)境污染，能源已經成為近年來世界面臨的重大問題。為了滿足不斷增長的能源成本，以及綠色能源儲存理念，鋰離子電池(libs)和超級電容器(scs)具有很大的潛力。

在過渡金屬的硫化物中，硫化鎳由于具有獨特的電化學性能，譬如良好的氧化還原化學和高的電導性，在超級電容器(scs)電極材料和鋰離子電池電極材料等領域有著廣泛的應用，引起了人們廣泛的興趣。硫化鎳的形貌特征以及微觀結構對其性能和應用有著重要的影響。硫化鎳的形貌得到大量的研究，目前已成功的合成了納米片，納米線，納米棒和納米管等結構。目前，合成納米硫化鎳方法多樣，可用于水電脫硫反應，通過氫氧還原。然而，已報道的硫化鎳電極材料的電容大小和循環(huán)穩(wěn)定性仍面臨巨大的挑戰(zhàn)，從而使得上述諸種制備方法難以得到大范圍推廣。五氧化二釩在鋰電池方面，因其理論容量大，易制備的特點已經被大量研究，但其循環(huán)穩(wěn)定性和在電容器方面的性能也有所欠缺。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的是提供一種花狀五氧化二釩/二硫化三鎳納米片及其制備方法和應用，該花狀五氧化二釩/二硫化三鎳納米片具有優(yōu)異的優(yōu)異的電容量和循環(huán)穩(wěn)定性，進而使得其能夠勝任超級電容器或鋰電子電池的電極材料，同時該制備方法具有成本低廉、條件溫和、綠色環(huán)保、操作簡單、產物的后處理簡便、產物尺寸和形貌可控的優(yōu)點。

為了實現上述目的，本發(fā)明提供了一種花狀五氧化二釩/二硫化三鎳納米片的制備方法，該制備方法包括：

1)將泡沫鎳進行預處理；

2)在密閉的條件下，將硫脲、v2o5與預處理后的泡沫鎳于溶劑中進行溶劑熱反應以制得花狀五氧化二釩/二硫化三鎳納米片。

本發(fā)明也提供了一種花狀五氧化二釩/二硫化三鎳納米片的制備方法，該花狀五氧化二釩/二硫化三鎳納米片通過上述的制備方法制備而得。

本發(fā)明還提供了一種上述的花狀五氧化二釩/二硫化三鎳納米片在超級電容器或鋰電子電池中的應用。

通過上述技術方案，本發(fā)明通過將泡沫鎳、硫脲和v2o5在溶劑體系中進行加熱接觸反應，從而得到花狀v2o5/ni3s2納米片。該制備方法為成本低廉、條件溫和、綠色環(huán)保和操作簡單的溶劑熱方法，無需加入任何穩(wěn)定劑、模板劑或表面活性劑，另外，產物的后處理方便、產物的尺寸和形貌可調控進而使其適合大規(guī)模生產。同時，制得的花狀v2o5/ni3s2納米片具有優(yōu)異的電容量和循環(huán)穩(wěn)定性，進而使得其能夠成為優(yōu)異的超級電容器的電極材料和鋰離子電池電極材料。

本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在隨后的具體實施方式部分予以詳細說明。

附圖說明

附圖是用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與下面的具體實施方式一起用于解釋本發(fā)明，但并不構成對本發(fā)明的限制。在附圖中：

圖1是檢測例1中的a1的x-射線粉末衍射(xrd)圖；

圖2是檢測例2中a1在放大4萬倍下的掃描電子顯微鏡(sem)圖；

圖3是檢測例2中a1在放大10萬倍下的掃描電子顯微鏡(sem)圖；

圖4是檢測例3中的a1的透射電子顯微鏡(tem)圖；

圖5是檢測例4中的a1在不同掃描速率下的循環(huán)伏安曲線圖；

圖6是檢測例5中的a1在不同電流密度下的恒流充放電曲圖；

圖7是檢測例6中的a1在電流密度為10ma·cm^-2時的循環(huán)-比電容曲線圖；

圖8是檢測例7中的a1在充放電之前和100次循環(huán)充放電之后的交流阻抗曲線；

圖9是檢測例8中的a1在0.01-2.8v下充放電的形式進行電池性能測試的結果圖；

圖10是檢測例8中的a1在0.5a·g^-1下進行充放電600次的結果統(tǒng)計圖。

具體實施方式

以下對本發(fā)明的具體實施方式進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。

在本文中所披露的范圍的端點和任何值都不限于該精確的范圍或值，這些范圍或值應當理解為包含接近這些范圍或值的值。對于數值范圍來說，各個范圍的端點值之間、各個范圍的端點值和單獨的點值之間，以及單獨的點值之間可以彼此組合而得到一個或多個新的數值范圍，這些數值范圍應被視為在本文中具體公開。

本發(fā)明提供了一種花狀五氧化二釩/二硫化三鎳納米片的制備方法，該制備方法包括：

1)將泡沫鎳進行預處理；

2)在密閉的條件下，將硫脲、v2o5與預處理后的泡沫鎳于溶劑中進行溶劑熱反應以制得花狀五氧化二釩/二硫化三鎳納米片。

在本發(fā)明的步驟2)中，各物料的用量可以在寬的范圍內選擇，但是為了使制得的花狀五氧化二釩/二硫化三鎳納米具有優(yōu)異的電容量和循環(huán)穩(wěn)定性，優(yōu)選地，在步驟2)中，相對于200-240mg的泡沫鎳，硫脲的用量為80-120mg，v2o5的用量為30-80mg。

在本發(fā)明的步驟2)中，溶劑的用量可以在寬的范圍內選擇，但是為了使制得的花狀五氧化二釩/二硫化三鎳納米具有優(yōu)異的電容量和循環(huán)穩(wěn)定性，優(yōu)選地，在步驟2)中，相對于200-240mg的泡沫鎳，溶劑的用量為10-30ml。

在本發(fā)明的步驟2)中，泡沫鎳的規(guī)格可以在寬的范圍內選擇，但是為了使制得的花狀五氧化二釩/二硫化三鎳納米具有優(yōu)異的電容量和循環(huán)穩(wěn)定性，優(yōu)選地，在步驟2)中，泡沫鎳為片材，并滿足以下規(guī)格：長為2-3cm，寬為1-2cm，厚為0.7-1.5mm。

此外，在本發(fā)明的步驟2)中，溶劑熱反應的條件可以在寬的范圍內選擇，但是為了使制得的花狀五氧化二釩/二硫化三鎳納米具有優(yōu)異的電容量和循環(huán)穩(wěn)定性，優(yōu)選地，在步驟2)中，溶劑熱反應至少滿足以下條件：反應溫度為120-180℃，反應時間為10-12h。

同時，在本發(fā)明的步驟2)中，溶劑的具體種類可以在寬的范圍內選擇，但是為了使制得的花狀五氧化二釩/二硫化三鎳納米具有優(yōu)異的電容量和循環(huán)穩(wěn)定性，優(yōu)選地，在步驟2)中，溶劑為水；

在上述內容的基礎上，步驟2)中各物料的添料順序可以在寬的范圍內選擇，但是為了使制得的花狀五氧化二釩/二硫化三鎳納米具有優(yōu)異的電容量和循環(huán)穩(wěn)定性，優(yōu)選地，在步驟2)中，添料順序依次為：溶劑、硫脲、v2o5、預處理后的泡沫鎳。

在本發(fā)明的步驟1)中，預處理的具體方式可以在寬的范圍內選擇，但是為了使制得的花狀五氧化二釩/二硫化三鎳納米具有優(yōu)異的電容量和循環(huán)穩(wěn)定性，優(yōu)選地，預處理為：將泡沫鎳依次經過鹽酸和水進行超聲清洗。其中，超聲清洗的時間也可以在寬的范圍內選擇，但是為了進一步提高花狀五氧化二釩/二硫化三鎳納米具有優(yōu)異的電容量和循環(huán)穩(wěn)定性，更優(yōu)選地，超聲清洗的時間為10-20min。

另外，在單次清洗過程中，清洗試劑的用量可以在寬的范圍內選擇，但是為了使制得的花狀五氧化二釩/二硫化三鎳納米具有優(yōu)異的電容量和循環(huán)穩(wěn)定性，優(yōu)選地，在單次清洗過程中，鹽酸或水的用量為15-30ml。

最后，鹽酸的濃度可以在寬的范圍內選擇，但是為了使制得的花狀五氧化二釩/二硫化三鎳納米具有優(yōu)異的電容量和循環(huán)穩(wěn)定性，優(yōu)選地，鹽酸的濃度為0.5-1mol/l。

本發(fā)明也提供了一種花狀五氧化二釩/二硫化三鎳納米片的制備方法，該花狀五氧化二釩/二硫化三鎳納米片通過上述的制備方法制備而得。

本發(fā)明還提供了一種上述的花狀五氧化二釩/二硫化三鎳納米片在超級電容器或鋰電子電池中的應用。

以下將通過實施例對本發(fā)明進行詳細描述。

實施例1

1)將剪成2cm×3cm規(guī)格的泡沫鎳(230mg，厚為1.5mm)投入小燒杯，取0.5mol/l的hcl溶液20ml加入小燒杯，超聲清洗15min后倒掉杯內的hcl溶液，再向小燒杯加入20ml去離子水，超聲清洗15min。

2)取30ml去離子水加入50ml規(guī)格的反應釜，再加入100mg硫脲攪拌至溶解。接著加50mgv2o5至反應釜中，攪拌至溶解形成混合溶液。將上述預處理后的泡沫鎳投入上述混合溶液中。將反應釜密閉加熱，保持160℃，反應10h。最后將上述反應所得到的產物用無水乙醇和去離子水洗樣3次得到花狀v2o5/ni3s2納米片a1。

實施例2

按照實施例1的方法進行制得花狀v2o5/ni3s2納米片a2，所不同的是，在步驟1)中，泡沫鎳的規(guī)格為1cm×2cm(200mg，厚為0.7mm)。

實施例3

按照實施例1的方法進行制得花狀v2o5/ni3s2納米片a3，所不同的是，在步驟2)中，hcl溶液的濃度為1mol/l，hcl溶液的用量為15ml。

實施例4

按照實施例1的方法進行制得花狀v2o5/ni3s2納米片a4，所不同的是，在步驟1)中，去離子水的用量為15ml。

實施例5

按照實施例1的方法進行制得花狀v2o5/ni3s2納米片a5，所不同的是，在步驟1)中，hcl溶液和去離子水的清洗時間為20min。

實施例6

按照實施例1的方法進行制得花狀v2o5/ni3s2納米片a6，所不同的是，在步驟2)中，去離子水用量為15ml。

實施例7

按照實施例1的方法進行制得花狀v2o5/ni3s2納米片a7，所不同的是，在步驟2)中，硫脲的用量為50mg，v2o5的用量為25mg。

實施例8

按照實施例1的方法進行制得花狀v2o5/ni3s2納米片a8，所不同的是，在步驟2)中，反應溫度為140℃，反應時間為12h。

實施例9

按照實施例1的方法進行制得花狀v2o5/ni3s2納米片a9，所不同的是，在步驟2)中，反應溫度為160℃，反應時間為12h。

檢測例1

用荷蘭panalytical公司的empyrean型x-射線粉末衍射儀(cu靶，λ＝0.15406nm，掃描速度0.05°/s)對a1進行進行物相鑒定。其中，圖1是a1的xrd圖，從圖上我們可以看見，v2o5的衍射峰與jcpds標準卡片(72-0433)相吻合；ni3s2的衍射峰與jcpds標準卡片(73-0698)相吻合，無其它雜質峰出現，表明制得的產物是v2o5/ni3s2。

另外，將a2-a9檢測得到的xrd圖也與上述標準卡片對照，得出所有的衍射峰與v2o5和ni3s2完全吻合，無其它雜質峰出現，表明實施例2-9中所得產物也是v2o5/ni3s2。

檢測例2

用掃描電鏡對a1進行形貌分析，結果如圖2和圖3所示，其中，圖2是a1在放大4萬倍下的sem圖，圖3是a1在放大10萬倍下的sem圖，通過將圖上納米片尺寸與圖上放大標尺對比可知：a1的直徑為150-200nm，厚度為5-10nm。