本發(fā)明屬于功能材料化學領(lǐng)域，具體涉及到一種碳摻雜鈮酸鉀納米線的制備方法。

背景技術(shù)：

一些類鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鈮酸鹽類化合物由于性能穩(wěn)定、毒性低、活性高而受到研究人員的關(guān)注。鈮酸鹽類化合物因具有特殊的結(jié)構(gòu)和一些物理與化學特性，可用作發(fā)光材料、激光倍頻器、聲表面波傳感器、光通訊、鐵電材料、壓電材料和非均相催化劑等。鈮酸鉀類化合物是鈮酸鹽類化合物的一類，其具有knbo3、knb3o8、knb5o13、k2nb4o11、k2nb6o16、k2nb8o21、k4nb6o17、k5.75nb10.85o30等多種結(jié)構(gòu)形式。鈮酸鉀化合物常見的合成方法主要有溶膠一凝膠法，固相法，和水熱法。溶膠一凝膠法需要使用昂貴且不穩(wěn)定的醇鹽,而且操作和反應都須在干燥的惰性氣體氣氛中進行。而且通過其制備的粉體顆粒極易團聚。水熱法制備鈮酸鉀化合物技術(shù)難度大，對溫度高低、反應釜壓力大小，和koh的濃度都有很高的要求。固相法制得的產(chǎn)品顆粒粒徑大，粒徑均勻性差且產(chǎn)物中?；煊须s相。yuhuan和longtuli等人用靜電紡絲技術(shù)制備knbo3納米纖維，并研究了其光催化性能(rscadvances,2015,5,72410-72415)。2001年，yuhaolu首次將knb5o13作為電極材料應用于鋰離子電池中，并探討了knb5o13在充放電過程中可能的嵌鋰機制(yuhaolu等人，chem.mater.,2011,23,3210-3216)。2015年hidekinakayama等人用固態(tài)反應法制備了層狀結(jié)構(gòu)knb3o8，并研究了其電化學性能(journalpowersources,2015,287,158-163)。2013年曹慧群等人通過研磨煅燒技術(shù)得到knb3o8納米線(一種鈮酸鉀單晶納米線及其制備方法，公開號為cn103320847a)。王威等人用靜電紡絲法成功制備了(k0.5na0.5)nbo3納米纖維，并研究了材料的壓電性能(hansjournalofnanotechnology,2015,05,1-6)。monicalundberg和margaretasundberg用高分辨的電子光譜和粉末x射線研究了鈮酸鉀體系k2xnb2-x(nbo)xnb10o30組成以及晶相的變化(j.solidstatechem.,1986,63,216-230)。上述鈮酸鉀材料作為鋰電材料存在著導電性能差等不足。一維材料有利電子傳導，通過碳摻雜制備鈮酸鉀納米線，有望改善材料的電化學性能。目前尚未有用靜電紡絲法制備k5.75nb10.85o30的報道。本發(fā)明采用靜電紡絲技術(shù)公開一種碳摻雜鈮酸鉀k5.75nb10.85o30的制備方法，并探索了該材料作為鋰離子電池負極材料的電化學性能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)，提供一種碳摻雜鈮酸鉀納米線的制備方法。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為：一種碳摻雜鈮酸鉀納米線的制備方法，所述制備方法采用以草酸鈮、草酸、乙酸鉀為主要原料，加入適量的高分子為粘合劑，在高電壓條件下利用靜電紡絲，將紡絲產(chǎn)品在馬弗爐中高溫燒結(jié)得到鈮酸鉀k5.75nb10.85o30納米線，將得到的鈮酸鉀k5.75nb10.85o30納米線浸泡在葡萄糖稀溶液后在馬弗爐中進行燒結(jié)，得碳摻雜鈮酸鉀納米線，具體包括以下步驟：

1)稱取一定量的草酸鈮(nb(hc2o4)5，草酸(h2c2o4)和乙酸鉀(ch3cook)溶于一定體積的n,n-二甲基甲酰胺(dmf)中，然后緩慢加入適量的聚乙烯吡咯烷酮(pvp)，攪拌3～6h，得到乳白色的液體；

2)將上述乳白色的液體在30～35kv電壓和0.6～1.0ml/h流率下、相對濕度為30～50％的氛圍下進行靜電紡絲；

3)將上述所得的靜電紡絲產(chǎn)品置于馬弗爐中800～850℃燒結(jié)3～5h，然后自然降溫至室溫，得到鈮酸鉀k5.75nb10.85o30納米線；

4)將上述所得的鈮酸鉀納米線浸泡在0.5mmol葡萄糖溶液中30～60min后置于馬弗爐中500℃氮氣氛圍中燒結(jié)4～6h，得到一種碳摻雜鈮酸鉀納米線。

在本發(fā)明中，優(yōu)選的，步驟1)中草酸鈮的濃度為0.1085mol/l，草酸的濃度為0.6mol/l，乙酸鉀的濃度為0.0575mol/l，所述聚乙烯吡咯烷酮為k-120聚乙烯吡咯烷酮，分子量1390000，濃度為0.000091mol/l。

進一步的，本發(fā)明還提供了一種如所述的制備方法得到的碳摻雜鈮酸鉀納米線，該納米線作為鋰離子電池負極材料，首次放電比容量為389.5mahg^-1，充電比容量為179.8mahg^-1。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的特點如下：

本發(fā)明制備的碳摻雜鈮酸鉀納米線具有良好的導電性能，碳的質(zhì)量百分含量為3～5％，作為鋰離子電池負極材料，循環(huán)50次材料的庫倫效率仍能保持在98％以上，其首次放電比容量為389.5mahg^-1，充電比容量為179.8mahg^-1。

附圖說明

圖1為本發(fā)明制得的靜電紡絲產(chǎn)品sem圖；

圖2為本發(fā)明制得的鈮酸鉀k5.75nb10.85o30納米線xrd譜圖和jcpdsno.38-0297卡片譜圖；

圖3為本發(fā)明制得的碳摻雜鈮酸鉀納米線的tem圖；

圖4為本發(fā)明制得的碳摻雜鈮酸鉀納米線作為電池負極材料充放電循環(huán)和庫倫效率圖。

具體實施方式

以下結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。

實施例1

稱取1.085mmol，0.584g的草酸鈮(nb(hc2o4)5，6.0mmol，0.540g草酸(h2c2o4)和0.575mmol，0564g乙酸鉀(ch3cook)溶于10mldmf(n,n—二甲基甲酰胺)中，然后緩慢加入1.26gpvp(k-120，聚乙烯吡咯烷酮，分子量1390000)，攪拌6h，得到乳白色的液體；將上述乳白色的液體在30kv的電壓和0.6mlh^-1流率下、相對濕度為50％的氛圍下進行靜電紡絲，得到靜電紡絲產(chǎn)品，掃描電鏡觀察紡絲產(chǎn)品形貌(圖1)；將上述所得的靜電紡絲產(chǎn)品置于馬弗爐中800℃燒結(jié)5h，然后自然降溫至室溫，得到鈮酸鉀k5.75nb10.85o30納米線，鈮酸鉀k5.75nb10.85o30納米線xrd譜圖和jcpdsno.38-0297卡片譜如圖2所示；將得到鈮酸鉀k5.75nb10.85o30納米線浸泡在0.5mmol葡萄糖溶液中60min后，置于馬弗爐中500℃氮氣氛圍中燒結(jié)6h，得到一種碳摻雜鈮酸鉀納米線，透射電鏡tem觀察其形貌(圖3)，元素分析測試其碳含量5％；將上述得到的碳摻雜鈮酸鉀納米線作為電池負極材料測試其電化學性能。

實施例2

稱取1.085mmol，0.584g的草酸鈮(nb(hc2o4)5，6.0mmol，0.540g草酸(h2c2o4)和0.575mmol，0564g乙酸鉀(ch3cook)溶于10mldmf(n,n—二甲基甲酰胺)中，然后緩慢加入1.26gpvp(k-120,聚乙烯吡咯烷酮，分子量1390000)，攪拌3h，得到乳白色的液體；將上述乳白色的液體在35kv的電壓和1.0mlh^-1流率下、相對濕度為30％的氛圍下進行靜電紡絲；將上述所得的靜電紡絲產(chǎn)品置于馬弗爐中850℃燒結(jié)3h，然后自然降溫至室溫，得到鈮酸鉀k5.75nb10.85o30納米線；將得到鈮酸鉀k5.75nb10.85o30納米線浸泡在0.5mmol葡萄糖溶液中30min后，置于馬弗爐中500℃氮氣氛圍中燒結(jié)4h，得到一種碳摻雜鈮酸鉀納米線，元素分析測試其碳含量3％；將上述得到的碳摻雜鈮酸鉀納米線作為電池負極材料測試其電化學性能。

實施例3

稱取1.085mmol，0.584g的草酸鈮(nb(hc2o4)5，6.0mmol，0.540g草酸(h2c2o4)和0.575mmol，0564g乙酸鉀(ch3cook)溶于10mldmf(n,n—二甲基甲酰胺)中，然后緩慢加入1.26gpvp(k-120,聚乙烯吡咯烷酮，分子量1390000)，攪拌4h，得到乳白色的液體；將上述乳白色的液體在33kv的電壓和0.8mlh^-1流率下、相對濕度為40％的氛圍下進行靜電紡絲；將上述所得的靜電紡絲產(chǎn)品置于馬弗爐中820℃燒結(jié)4h，然后自然降溫至室溫，得到鈮酸鉀k5.75nb10.85o30納米線；將得到鈮酸鉀k5.75nb10.85o30納米線浸泡在0.5mmol葡萄糖溶液中50min后，置于馬弗爐中500℃氮氣氛圍中燒結(jié)5h，得到一種碳摻雜鈮酸鉀納米線，元素分析測試其碳含量4％；將上述得到的碳摻雜鈮酸鉀納米線作為電池負極材料測試其電化學性能。

將實施例1-3得到的碳摻雜鈮酸鉀納米線作為電池負極材料測試其電化學性能，如圖4所示，循環(huán)50次材料的庫倫效率仍能保持在98％以上，其首次放電比容量為389.5mahg^-1，充電比容量為179.8mahg^-1。

以上所述的實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進行了詳細說明，應理解的是以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的原則范圍內(nèi)所做的任何修改和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。