钼掺杂的磷酸钒钠/碳三维多孔纳米材料及其制备方法以及应用技术

本发明专利技术公开了一种钼掺杂的磷酸钒钠/碳三维多孔纳米材料及其制备方法以及应用，该钼掺杂的磷酸钒钠三维多孔纳米材料为三维多孔结构，晶粒尺寸为200‑500nm，空洞的尺寸为80‑200nm；其中，在磷酸钒钠/碳三维多孔纳米材料中，相对于3mmol的钠元素，钼元素与钒元素的总摩尔量为2mmol，磷酸根的摩尔量为3mmol，钼元素的摩尔量为0.01‑0.2mmol。通过该方法制得的磷酸钒钠/碳三维多孔纳米材料具有优异的电化学性能以使得其能够在二次钠离子电池中得以应用，同时该制备方法工序简单、便于操作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及磷酸钒钠纳米材料，具体地，涉及钼掺杂的磷酸钒钠/碳三维多孔纳米材料及其制备方法以及应用。
技术介绍
随着社会的发展，能源的需求愈来愈严重。在自然界中，一些可再生能源有望解决这个全球性的问题，例如风能，水能，太阳能以及潮汐能等。但是这些能源受到间歇性自然条件的制约，因此性价比高的能量储存装置就非常重要。锂离子电池是一种非常典型的能量储存装置，经过多年的发展其在下一代新能源电动车和大规模能源储存系统应用中具有很大的优势。然而，在大规模的应用中，成本和储量将取代能量密度成为一个很重要的影响因素。钠离子电池相对于锂离子电池更有优势。首先，钠元素的储量在地球上排行第六，锂的储量则排在第三十二。其次，碳酸钠的价格为0.07-0.37英镑/千克，相对于碳酸锂的4.11-4.49英镑/千克便宜很多。更重要的是，钠和锂有着相同的物理和化学性质。因此，在锂离子电池上建立的理论同样可以应用于钠离子电池上。Na3V2(PO4)3正极材料具有与LiFePO4相似的放电平台，更优异的倍率性功能，更经济的原材料，作为钠离子电池电极材料应用有巨大的优势，具有十分广泛的应用前景。但是，Na3V2(PO4)3材料具有和LiFePO4相似的性质，在充放电过程中，离子的导电性差，首次库伦效率低等，这些都会导致电池容量的迅速衰减。因此，对Na3V2(PO4)3材料进行结构和成分的调控，获得具有更高性能的Na3V2(PO4)3材料是本领域急需解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种钼掺杂的磷酸钒钠/碳三维多孔纳米材料及其制备方法以及应用，通过该方法制得的磷酸钒钠/碳三维多孔纳米材料具有优异的电化学性能以使得其能够在二次钠离子电池中得以应用，同时该制备方法工序简单、便于操作。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种钼掺杂的磷酸钒钠/碳三维多孔纳米材料，该钼掺杂的磷酸钒钠三维多孔纳米材料为三维多孔结构，晶粒尺寸为200-500nm，空洞的尺寸为80-200nm；其中，在磷酸钒钠/碳三维多孔纳米材料中，相对于3mmol的钠元素，钼元素与钒元素的总摩尔量为3mmol，磷酸根的摩尔量为3mmol，钼元素的摩尔量为0.01-0.2mmol。本专利技术还提供了一种如上述的钼掺杂的磷酸钒钠/碳三维多孔纳米材料的制备方法，包括：1)将钠源、钒源、磷酸根源加入水中并搅拌，接着加入钼源、有机碳源并搅拌，然后将体系进行水热反应，反应结束后冷却以得到蓝色凝胶；2)将蓝色凝胶进行干燥以得到灰白色的前驱体；3)将前驱体研磨成粉末，然后将粉末在混合气的存在下进行煅烧处理以得到钼掺杂的磷酸钒钠/碳三维多孔纳米材料；其中，以钠源中3mmol的钠元素为基准，钒源、钼源中钒元素和钼元素的总摩尔量为2mmol，磷酸根源中磷酸根的摩尔量为3mmol，钼源中钼元素的摩尔量为0.01-0.2mmol，所述有机碳源的摩尔量为0.08-010mmol；混合气由惰性气体和还原性气体组成。本专利技术进一步地提供了一种如上述的钼掺杂的磷酸钒钠/碳三维多孔纳米材料在二次钠离子电池中的应用。在上述技术方案中，本专利技术首先将钠源、钒源、磷酸根源、钼源、有机碳源通过水热-溶胶凝胶法制的蓝色凝胶中间产物，接着后得到灰白色的固体(前驱体)，然后将白色的固体在研磨成粉末，最后将研磨后粉末在保护气氛下煅烧并还原，最终得到Mo-Na3V2(PO4)3/C三维多孔状纳米材料，经过电化学测试得知该纳米材料具有优异的电化学性能，完全能够作为钠离子电池的电极材料使用。本专利技术的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1是检测例1中A1的放大1万倍下的扫描电镜图；图2是检测例1中A1的放大7万倍下的扫描电镜图；图3是检测例1中A1在低倍下的透射电镜图；图4是检测例1中A1在高倍下的透射电镜图；图5是检测例2中A1的X射线衍射光谱图；图6是文献中Na3V2(PO4)3的X射线衍射光谱图；图7是检测例2中A1的拉曼谱图。图8是检测例2中A1中Mo的EDX谱图；图9是检测例2中A1在0.1C放电曲线图；图10是检测例2中A1在5C下500次放电循环曲线图；图11是检测例1中A1在10C下1000次放电循环曲线图；图12是检测例1中A1的倍率曲线图。图13是检测例1中A1的循环伏安曲线图。具体实施方式以下对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。本专利技术提供了一种钼掺杂的磷酸钒钠/碳三维多孔纳米材料，该钼掺杂的磷酸钒钠三维多孔纳米材料为三维多孔结构，晶粒尺寸为200-500nm，空洞的尺寸为80-200nm；其中，在磷酸钒钠/碳三维多孔纳米材料中，相对于3mmol的钠元素，钼元素与钒元素的总摩尔量为2mmol，磷酸根的摩尔量为3mmol，钼元素的摩尔量为0.01-0.2mmol。本专利技术还提供了一种如上述的钼掺杂的磷酸钒钠/碳三维多孔纳米材料的制备方法，包括：1)将钠源、钒源、磷酸根源加入水中并搅拌，接着加入钼源、有机碳源并搅拌，然后将体系进行水热反应，反应结束后冷却以得到蓝色凝胶；2)将蓝色凝胶进行干燥以得到灰白色的前驱体；3)将前驱体研磨成粉末，然后将粉末在混合气的存在下进行煅烧处理以得到钼掺杂的磷酸钒钠/碳三维多孔纳米材料；其中，以钠源中3mmol的钠元素为基准，钒源、钼源中钒元素和钼元素的总摩尔量为2mmol，磷酸根源中磷酸根的摩尔量为3mmol，钼源中钼元素的摩尔量为0.01-0.2mmol，所述有机碳源的摩尔量为0.08-010mmol；混合气由惰性气体和还原性气体组成。在本专利技术的步骤1)中，水热反应的具体条件可以在宽的范围内选择，但是为了使制得的磷酸钒钠/碳三维多孔纳米材料具有更优异的电化学性质，优选地，在步骤1)中，水热反应至少满足以下条件：反应温度为160-200℃，反应时间为12-24h。在本专利技术的步骤1)中，钠源、钒源、磷酸根源、钼源、有机碳源的各自的种类可以在宽的范围内选择，但是为了使制得的磷酸钒钠/碳三维多孔纳米材料具有更优异的电化学性质，优选地，钠源选自Na2CO3、NaHCO3、柠檬酸钠和乙酸钠中的至少一者；的钒源为NH4VO3和/或V2O5；磷酸根源选自NH4H2PO4、(NH4)2HPO4和磷酸的至少一者；的钼源为乙酰丙酮钼和/或二氧化钼；有机碳源选自乙二醇、丙三醇、丙二醇、和丁二醇中的至少一者。在本专利技术的步骤1)中，水的用量可以在宽的范围内选择，但是为了使制得的磷酸钒钠/碳三维多孔纳米材料具有更优异的电化学性质，优选地，以钠源中3mmol的钠元素为基准，水的用量为30-60mL。在本专利技术的步骤2)中，干燥的具体条件可以在宽的范围内选择，但是为了使制得的磷酸钒钠/碳三维多孔纳米材料具有更优异的电化学性质，优选地，在步骤2)中，干燥满足以下条件：干燥温度为80-120℃，干燥时间为8-12h。在本专利技术的步骤2)中，煅烧处理的具体条件和过程可以在宽的范围内选择，但是为了使制得的磷酸钒钠/碳三维多孔纳米材料具有更优异的电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钼掺杂的磷酸钒钠/碳三维多孔纳米材料，其特征在于，所述钼掺杂的磷酸钒钠三维多孔纳米材料为三维多孔结构，晶粒尺寸为200‑500nm，空洞的尺寸为80‑200nm；其中，在所述磷酸钒钠/碳三维多孔纳米材料中，相对于3mmol的钠元素，钼元素与钒元素的总摩尔量为2mmol，磷酸根的摩尔量为3mmol，钼元素的摩尔量为0.01‑0.2mmol。

【技术特征摘要】
1.一种钼掺杂的磷酸钒钠/碳三维多孔纳米材料，其特征在于，所述钼掺杂的磷酸钒钠三维多孔纳米材料为三维多孔结构，晶粒尺寸为200-500nm，空洞的尺寸为80-200nm；其中，在所述磷酸钒钠/碳三维多孔纳米材料中，相对于3mmol的钠元素，钼元素与钒元素的总摩尔量为2mmol，磷酸根的摩尔量为3mmol，钼元素的摩尔量为0.01-0.2mmol。2.一种如权利要求1所述的钼掺杂的磷酸钒钠/碳三维多孔纳米材料的制备方法，其特征在于，包括：1)将钠源、钒源、磷酸根源加入水中并搅拌，接着加入钼源、有机碳源并搅拌，然后将体系进行水热反应，反应结束后冷却以得到蓝色凝胶；2)将所述蓝色凝胶进行干燥以得到灰白色的前驱体；3)将所述前驱体研磨成粉末，然后将所述粉末在混合气的存在下进行煅烧处理以得到所述钼掺杂的磷酸钒钠/碳三维多孔纳米材料；其中，以所述钠源中3mmol的钠元素为基准，所述钒源、钼源中钒元素和钼元素的总摩尔量为2mmol，所述磷酸根源中磷酸根的摩尔量为3mmol，所述钼源中钼元素的摩尔量为0.01-0.2mmol，所述有机碳源的摩尔量为0.08-010mmol；所述混合气由惰性气体和还原性气体组成。3.根据权利要求2所述的制备方法，其中，在步骤1)中，所述水热反应至少满足以下条件：反应温度为160-200℃，反应时间为12-24h。4.根据权利要求2所述的制备方法，其中，所述钠源选自Na2CO3、NaHCO3、柠檬酸钠和乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：方臻，王笑笑，
申请(专利权)人：安徽师范大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34