一种超级电容器电极材料硫化钒纳米花的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种超级电容器电极材料硫化钒纳米花的制备方法，包括如下步骤：（1）将十二水合原钒酸钠和硫代乙酰胺配制成前驱体溶液，所述十二水合原钒酸钠和硫代乙酰胺的质量比为1:1.2~3.5，十二水合原钒酸钠的质量浓度为0.02~0.05g/mL；（2）将所述前驱体溶液进行水热反应，反应完成后的产物经洗涤、干燥后，即得到所述的硫化钒纳米花。本发明专利技术制备的硫化钒纳米花为三维结构，很好的避免了片状硫化钒的堆叠，提高了硫化钒的比表面积，用作超级电容器的电极材料，可获得更高的比容量，还提高了循环使用寿命，且具有高的能量密度和功率密度，本发发明专利技术制备的硫化钒纳米花最高比容量可达500.4 F g

Preparation method of vanadium oxide nanomaterials for supercapacitor electrode materials

The invention discloses a preparation method of vanadium sulfide nano flower of supercapacitor electrode material, including the following steps: (1) preparing the twelve hydrate sodium vanadate and thioacetamide into a precursor solution, and the mass ratio of the twelve sodium hydrate sodium vanadate and thioacetamide is 1:1.2 ~3.5, and the quality of the twelve sodium provanadovanadate is strong. The degree is 0.02~0.05g/mL; (2) the solution of the precursor is reacted with water and heat. After the reaction is finished, the vanadium sulfide nanoscale is obtained after washing and drying. The vanadium sulfide nano flower prepared by the invention is a three-dimensional structure, which avoids the stacking of vanadium sulfide, improves the specific surface area of vanadium sulfide, is used as the electrode material of the supercapacitor, can obtain higher specific capacity, and improves the cycle service life, and has high energy density and power density, which is the invention system. The maximum specific capacity of the prepared vanadium nanomaterials is 500.4 F G.

【技术实现步骤摘要】
一种超级电容器电极材料硫化钒纳米花的制备方法
本专利技术属于电极材料领域，尤其涉及一种超级电容器电极材料硫化钒纳米花的制备方法。
技术介绍
超级电容器作为一种新的能量存储设备，具有使用寿命长、能量密度高等优势，引起了人们巨大的研究兴趣。超级电容器的活性电极物质，在很大程度上影响了能量存储设备的电化学性能，所以寻找具有新颖结构的电极材料成为超级电容器发展的关键。三维等级结构的微纳米材料，由于其独特的结构以及物理和化学性能，而具有重要的研究意义，尤其是层状过渡金属硫化物微纳米结构的合成及光电性能的研究受到了人们的广泛关注。二硫化钒具有独特的层状结构，有利于离子的吸附和解离，可以嵌入不同比例的Li等金属离子形成插层化合物，在插层和脱嵌的过程中伴随着电子的传递，因而具有赝电容的性质。由于二硫化钒这种独特的性质，使其在电化学领域，如锂离子或钠离子电池电极材料、超级电容器电极材料等领域具有很好的应用前景。目前合成二硫化钒的方法主要有固相法和水热法，固相法存在能耗大、效率低、粉体不够细、易混入杂质等缺点，水热法因具有操作简便、能耗低、污染小的优点而广泛用于二硫化钒的合成。但是现有通过水热法合成的二硫化钒为二维结构的纳米片，由于散乱的纳米片在使用时易发生堆积或叠合，导致其可利用的比表面积大幅减小，进而会大大降低二硫化钒作为超级电容器电极材料的比容量，且循环寿命差。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的是提供一种超级电容器电极材料硫化钒纳米花的制备方法，解决硫化钒作为电容器材料比容量低、循环寿命差的问题。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种超级电容器电极材料硫化钒纳米花的制备方法，包括如下步骤：（1）将十二水合原钒酸钠和硫代乙酰胺溶于水配制成前驱体溶液，所述十二水合原钒酸钠和硫代乙酰胺的质量比为1:1.2~3.5，十二水合原钒酸钠的质量浓度为0.02~0.05g/mL；（2）将所述前驱体溶液进行水热反应，反应完成后的产物经洗涤、干燥后，即得到所述的硫化钒纳米花。本专利技术中硫代乙酰胺作为还原剂，在水热反应中将+5价钒还原为+4价，同时还作为硫源，其分解所产生的硫化氢在水中与V4+结合生成沉淀，最终得到了纳米花状的硫化钒。其中，十二水合原钒酸钠和硫代乙酰胺的质量比以及二者的浓度，对制备的硫化钒的形貌影响很大，只有控制二者合适的质量比以及质量浓度，才能使制备的硫化钒具备三维结构的纳米花状。如果十二水合原钒酸钠和硫代乙酰胺的质量比偏小，则得到的生成物量较少，如果十二水合原钒酸钠和硫代乙酰胺的质量比偏大，则得到的硫化钒纳米花数量较少，而且杂质较多；如果十二水合原钒酸钠的质量浓度偏小，则硫化钒形貌为微球，不产生纳米花，如果十二水合原钒酸钠的质量浓度偏大，则硫化钒晶体过度生长，长成纳米片。本专利技术中使用的十二水合原钒酸钠，由于结晶水已经包含，可以避免因吸水而导致的称量误差，实际使用中，在有效称量范围内，也可以直接采用原钒酸钠，其质量按十二水合原钒酸钠的质量换算即可。作为优选，所述十二水合原钒酸钠和硫代乙酰胺的质量比为1:2~3。在此质量比下，更有利于硫化钒形成纳米花状。作为优选，所述十二水合原钒酸钠的质量浓度为0.03~0.04g/mL。在此浓度在，更有利于硫化钒形成纳米花状。作为优选，步骤（1）中，将十二水合原钒酸钠和硫代乙酰胺溶于水，并搅拌30~60min后得到所述的前驱体溶液。搅拌有利于溶解硫代乙酰胺和原钒酸铵十二水，搅拌时间短，会导致硫代乙酰胺溶解不完，搅拌时间过久会导致溶解于水的硫代乙酰胺发生过多分解。作为优选，十二水合原钒酸钠和硫代乙酰胺的混合溶液于20~30℃进行搅拌。作为优选，所述水热反应温度为130~160℃，反应时间为22~26h。不同反应温度会影响制备的硫化钒形貌，温度过低，没有纳米花产生，温度过高会出现纳米片。作为优选，步骤（2）中产物分别使用去离子水和乙醇洗涤。洗涤的目的主要是去除产物中可能存在的杂质，可使用去离子水和乙醇各洗3次。作为优选，步骤（2）中产物于60~100℃真空干燥。真空干燥既可以防止材料发生氧化，还可以避免因干燥温度过高，而使样品形貌发生变化。本专利技术制备的硫化钒纳米花应用于制备超级电容器电极材料，比容量高，循环寿命长。本专利技术制备的硫化钒纳米花也可以应用于锂离子电池或钠离子电池的制备。相比现有技术，本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术通过控制十二水合原钒酸钠和硫代乙酰胺的质量比以及浓度，成功制备得到三维结构的硫化钒纳米花，相较于现有方法制备的片状硫化钒，本专利技术制备的硫化钒纳米花很好的避免了片状硫化钒的堆叠，提高了硫化钒的比表面积，用作超级电容器的电极材料，可获得更高的比容量，还提高了循环使用寿命，且具有高的能量密度和功率密度。2、本专利技术制备的VS2纳米花，在电流密度为1Ag-1时比容量为554.8Fg-1，同时，电流密度为1Ag-1、功率密度为450Wkg-1时，能量密度为62.4Whkg-1，电流密度为2Ag-1时循环500次电容保持率为91.9%，在电流密度增大到5Ag-1时比容量为367.2Fg-1，比容量保持率达66.2%，在大电流密度下仍具有很高的比容量，是一种性能优异的超级电容器电极材料。附图说明图1为实施例1制备的硫化钒纳米花XRD分析图；图2为实施例1制备的硫化钒纳米花TEM图；图3为实施例1制备的的硫化钒纳米花放大10000倍的扫描电镜图；图4为实施例1制备的的硫化钒纳米花放大30000倍的扫描电镜图；图5为实施例2制备的硫化钒纳米花放大10000倍的扫描电镜图；图6为扫描速率为5-100mVs-1的循环伏安曲线；图7为电流密度为1-20Ag-1的恒流充放电曲线；图8为电流密度为1-20Ag-1的比容量；图9为功率密度与能量密度的关系图；图10为恒定电流密度为2Ag-1循环稳定性测试图；图11为实施例1~4制备的产物放大10000倍的扫描电镜图；图12为应实施例5~7及实施例1制备的产物放大10000倍的扫描电镜图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。实施例1本实施例硫化钒纳米花的制备方法，包括如下步骤：（1）将质量比为1:3的十二水合原钒酸钠（Na3VO4·12H2O，0.9g）和硫代乙酰胺（C2H5NS，2.7g）溶于30mL水（十二水合原钒酸钠的浓度为0.03g/mL），将得到的混合液置于25℃的恒温水浴锅中搅拌60min，得到淡黄色前驱体溶液；（2）将得到的前驱体溶液转入50mL内衬为聚四氟乙烯的反应釜中，将反应釜置于140℃的鼓风干燥箱中水热反应24h，反应完成后，将反应釜自然冷却，得到的产物依次用去离子水、乙醇各洗涤3次，然后置于真空干燥箱（-0.09MPa）中于80℃干燥12h，即得到所述的硫化钒纳米化。实施例2本实施例硫化钒纳米花的制备方法，包括如下步骤：（1）将质量比为1:2的十二水合原钒酸钠（Na3VO4·12H2O，0.9g）和硫代乙酰胺（C2H5NS，1.8g）溶于30mL水（十二水合原钒酸钠的浓度为0.03g/mL），将得到的混合液置于25℃的恒温水浴锅中搅拌50min，得到淡黄色前驱体溶液；（2）将得到的前驱体溶液转入50mL内衬为聚四氟乙烯的反应釜中，将反应釜置于160℃的鼓风干燥箱中水热反应22h本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超级电容器电极材料硫化钒纳米花的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）将十二水合原钒酸钠和硫代乙酰胺溶于水配制成前驱体溶液，所述十二水合原钒酸钠和硫代乙酰胺的质量比为1:1.2~3.5，十二水合原钒酸钠的质量浓度为0.02~0.05g/mL；（2）将所述前驱体溶液进行水热反应，反应完成后的产物经洗涤、干燥后，即得到所述的硫化钒纳米花。

【技术特征摘要】
1.一种超级电容器电极材料硫化钒纳米花的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）将十二水合原钒酸钠和硫代乙酰胺溶于水配制成前驱体溶液，所述十二水合原钒酸钠和硫代乙酰胺的质量比为1:1.2~3.5，十二水合原钒酸钠的质量浓度为0.02~0.05g/mL；（2）将所述前驱体溶液进行水热反应，反应完成后的产物经洗涤、干燥后，即得到所述的硫化钒纳米花。2.根据权利要求1所述的超级电容器电极材料硫化钒纳米花的制备方法，其特征在于，所述十二水合原钒酸钠和硫代乙酰胺的质量比为1:2~3。3.根据权利要求1所述的超级电容器电极材料硫化钒纳米花的制备方法，其特征在于，所述十二水合原钒酸钠的质量浓度为0.03~0.04g/mL。4.根据权利要求1所述的超级电容器电极材料硫化钒纳米花的制备方法，其特征在于，步骤（1）...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鸿乂，彭正武，卜中林，冯俊恺，谢兵，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50