一种纳米片自组装微米花状VS2的制备方法及应用技术

本发明专利技术提供了一种纳米片自组装微米花状VS2的制备方法及应用，将钒源溶液和硫源溶液在磁力搅拌状态下通过氢氧化钠溶液调节溶液pH至11～14。然后，将上述溶液倒入反应内衬中，继而将内衬装于外釜中固定后置于均相反应仪中。最后，将反应后的产物冷却后洗涤、收集、干燥，即可得到纳米片自组装微米花状VS2。该方法工艺简单易控，制备的纳米片自组装微米花状VS2化学组成均一，纯度较高，且具有特定的自组装结构，其作为锂/钠离子电池电极材料时表现出了优异的电化学性能。此外，该方法克服了传统煅烧方法温度高的缺点，且不需要大型设备和苛刻的反应条件，原料廉价易得，成本低，产率高，无需后期处理，对环境友好，可以适合大规模生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种过渡金属硫化物的制备方法，具体涉及一种纳米片自组装微米花状VS2的制备方法及应用。
技术介绍
许多金属氧化物、磷酸盐类、层状硅酸盐、二硫化物等无机化合物具有类似于石墨的层状结构。这些化合物层间以范德华力等分子间力作用，而层板上的原子以强烈的共价键相互作用，我们称其为插层化合物。受启于剥离法制备单层石墨烯的思路，新加坡南洋理工大学张华课题组发现，通过将锂离子插入层状二硫化物块体材料层间，也可以剥离出单层二硫化物材料，而单层的MoS2、WS2、VS2、SnS2等具有石墨稀特有的体积效应、表面效应、量子隧道效应和量子尺寸效应，可用于一些具有特殊功能和特殊性能的领域[ZengZ,SunT,ZhuJ,etal.Aneffectivemethodforthefabricationoffew-layer-thickinorganicnanosheets.[J].AngewandteChemie,2012,124(36):9052–9056.]。层状硫化物有比较大的层间距，有利于锂离子或钠离子的嵌入与脱出，特别是复合高导电性的石墨烯复合材料，在锂离子或钠离子存储方面表现出较好的性能。由于它们具有较大的层间距、金属离子还原为低价态储锂(钠)能力以及层间氢键的存在，钼、钨和钒等过渡金属硫化物是一类比较理想的锂离子和钠离子电池负极材料[翟伯华.硫化物复合材料的合成及其储锂(钠)性能研究[D].湖南大学,2014]。目前的研究主要集中在硫化钼和硫化钨纳米材料的电化学性能。而关于二硫化钒电化学性能的研究很少，仅仅报道了VS2/石墨烯纳米复合材料以及VS2包覆Na2Ti2O5纳米线等的报道。因此，研究VS2的水热可控制备方法及其电化学性能是非常有意义的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种纳米片自组装微米花状VS2的制备方法及应用，该方法采用低温水热合成法制备纳米片自组装微米花状VS2，以克服传统煅烧方法温度高的缺点，且不需要大型设备和苛刻的反应条件。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种纳米片自组装微米花状VS2的制备方法，按照1:1～1:6的钒硫摩尔比，将钒源溶液和硫源溶液混合，搅拌至半澄清状态，此时钒源的浓度是0.1～0.5mol/L；调节其pH至碱性后进行水热反应，最后将水热反应后的产物冷却、洗涤干净、收集、干燥，即可。进一步地，所述调节pH至碱性采用氢氧化钠溶液、氨水或氢氧化钾溶液。进一步地，所述碱性的pH值为11～14。进一步地，调节pH的过程中需要不断地进行搅拌；所述搅拌为磁力搅拌。进一步地，所述水热反应过程为：将pH调至碱性的溶液倒入反应内衬中，继而将内衬装于外釜中固定后置于均相反应仪中，然后在5～50r/min、120～200℃的条件下，反应6～48h。进一步地，所述洗涤是将水热反应后冷却的产物取出后依次进行水洗和醇洗。进一步地，所述干燥温度为40～120℃，时间为12～48h。进一步地，所述钒源为钒酸钠、偏钒酸铵、五氧化二钒以及偏钒酸钾中的一种或几种；所述硫源为硫代乙酰胺、硫化钠、硫化铵、二乙基硫代氨基甲酸钠以及硫单质中的一种或几种。一种通过上述的方法制备的纳米片自组装微米花状VS2的应用，该纳米片自组装微米花状VS2应用于钠/锂离子电池的负极材料。该钠/锂离子电池负极材料在50mA/g的电流密度下，比容量达900mAh/g，且循环10圈后，其容量保持率达90％。相对于现有技术，本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术采用低温水热合成法制备了纳米片自组装微米花状VS2，该方法克服了传统煅烧方法温度高的缺点，且不需要大型设备和苛刻的反应条件，原料廉价易得，成本低，产率高，无需后期处理，对环境友好，可以适合大规模生产。同时，该方法工艺简单易控，制备的纳米片自组装微米花状VS2化学组成均一，纯度较高，其作为锂/钠离子电池电极材料时表现出了优异的电化学性能。此外，通过该方法制备的二硫化钒纳米具有特殊的自组装结构，即由厚度约为30nm的纳米片自组装成直径约为4um的微米花。【附图说明】图1为本专利技术实施例1制备的纳米片自组装微米花状VS2的X-射线衍射(XRD)图谱；图2为本专利技术实施例1制备的纳米片自组装微米花状VS2的扫描电镜(SEM)照片。【具体实施方式】下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步详细说明。一种纳米片自组装微米花状VS2的制备方法，包括以下步骤：步骤一：称取钒源和硫源并溶于去离子水中，控制钒硫摩尔比为1:1～1:6，磁力搅拌10～60min得到半澄清溶液A，此时钒源的浓度是0.1～0.5mol/L。钒源为钒酸钠、偏钒酸铵、五氧化二钒以及偏钒酸钾中的一种或几种；硫源为硫代乙酰胺、硫化钠、硫化铵、二乙基硫代氨基甲酸钠以及硫单质中的一种或几种。步骤二：配制1～4mol/L的氢氧化钠溶液B，然后向溶液A中滴加溶液B，直至溶液pH值达到11～14，得到溶液C。在此过程中需要对溶液A不断地进行磁力搅拌，且pH值务必要控制在11～14之间，这样可以控制硫和钒元素在溶液中的存在状态，进而实现氧化还原反应控制。所述氢氧化钠溶液可用氨水或氢氧化钾溶液替代。步骤三：将溶液C倒入反应内衬中，继而将内衬装于外釜中固定后置于均相反应仪中，然后在5～50r/min的条件下，于120～200℃下反应6～48h。该反应的进行必须在转动条件下进行，这样有利于反应物的充分均匀接触，从而可以保证硫元素充分的发挥还原作用和提供S2-的作用。步骤四：将反应后冷却的产物取出，经过3～8次水洗和3～8次醇洗后收集产物，并在40～120℃条件下，烘干12～48h，即可得到纳米片自组装微米花状VS2。一种通过上述方法制备的纳米片自组装微米花状VS2的应用，该纳米片自组装微米花状VS2应用于钠/锂离子电池时，表现出了优异的电化学性能，其作为钠离子电池负极材料在50mA/g的电流密度下，比容量可以达到900mAh/g，并且循环10圈后，容量保持率在90％以上。此外，在100mA/g的电流密度下，比容量仍然可以达到800mAh/g。实施例1步骤一：称取偏钒酸钠和硫代乙酰胺并溶于去离子水中，控制钒硫摩尔比为1:1，磁力搅拌10min得到半澄清溶液A，此时钒源的浓度是0.2mol/L。步骤二：配制3mol/L的氢氧化钠溶液B，然后向溶液A中滴加溶液B，直至溶液pH值达到13，得到溶液C。在此过程中需要对溶液A不断地进行磁力搅拌。步骤三：将溶液C倒入反应内衬中，继而将内衬装于外釜中固定后本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米片自组装微米花状VS2的制备方法，其特征在于，按照1:1～1:6的钒硫摩尔比，将钒源溶液和硫源溶液混合，搅拌至半澄清状态，此时钒源的浓度是0.1～0.5mol/L；调节其pH至碱性后进行水热反应，最后将水热反应后的产物冷却、洗涤干净、收集、干燥，即可。

【技术特征摘要】
1.一种纳米片自组装微米花状VS2的制备方法，其特征在于，按照1:1～1:6的钒硫摩尔
比，将钒源溶液和硫源溶液混合，搅拌至半澄清状态，此时钒源的浓度是0.1～0.5mol/L；调节
其pH至碱性后进行水热反应，最后将水热反应后的产物冷却、洗涤干净、收集、干燥，即可。
2.根据权利要求1所述的一种纳米片自组装微米花状VS2的制备方法，其特征在于，所
述调节pH至碱性采用氢氧化钠溶液、氨水或氢氧化钾溶液。
3.根据权利要求1或2所述的一种纳米片自组装微米花状VS2的制备方法，其特征在于，
所述碱性的pH值为11～14。
4.根据权利要求1或2所述的一种纳米片自组装微米花状VS2的制备方法，其特征在于，
调节pH的过程中需要不断地进行搅拌；所述搅拌为磁力搅拌。
5.根据权利要求1所述的一种纳米片自组装微米花状VS2的制备方法，其特征在于，所
述水热反应过程为：将pH调至碱性的溶液倒入反应内衬中，继而将内衬装于外釜中固定后置
于均相反应仪中，然后在5～50r/min、120～200℃的条件下...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄剑锋，李文斌，王海静，李瑞梓，费杰，曹丽云，任一杰，罗晓敏，闻稼宝，程呈，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61