一种α-Sb2O4纳米片材料的制备方法及α-Sb2O4纳米片材料的应用技术

本发明专利技术公开一种α‑Sb2O4纳米片材料的制备方法及α‑Sb2O4纳米片材料的应用，其制备方法步骤如下：(1)取二甲基甲酰胺和磁子加入反应容器中，并将反应容器置于磁力搅拌器上；(2)向反应容器内加入聚乙烯吡咯烷酮，常温搅拌；(3)向反应容器内加入三氯化锑二水合物，继续搅拌，直至形成均一无色透明液体；(4)将步骤(3)所得液体转移至静电纺丝机的针筒内，待针筒内气泡消除后，开启静电纺丝机，开始纺丝并收集产物；(5)将所得产物烘干，然后在空气中退火处理，得到α‑Sb2O4纳米材料。通过静电纺丝机实现了大面积的α‑Sb2O4纳米薄片的可控制备；而且，该方法易于操作，纳米材料产量较高，无毒，无污染；通过该方法制备的α‑Sb2O4纳米薄片可作为电池负极材料。

Preparation of a kind of nano-sheet material of alpha-Sb2O4 and application of nano-sheet material of alpha-Sb2O4

The invention discloses a preparation method of alpha Sb2O4 nanosheet material and the application of alpha Sb2O4 nanosheet material. The preparation method steps are as follows: (1) adding dimethylformamide and magneton to the reaction vessel and putting the reaction vessel on the magnetic stirrer; (2) adding polyvinylpyrrolidone to the reaction vessel and stirring at room temperature; (3) adding antimony trichloride dihydrate to the reaction vessel. (4) Transfer the liquid to the needle of the electrospinning machine. After the bubble in the needle is eliminated, open the electrospinning machine and start spinning and collecting the products; (5) Dry the product and annealed it in the air to obtain the nano-material of alpha Sb2O4. Controllable preparation of large area of nano-sheet of alpha Sb2O4 was realized by electrospinning machine; moreover, the method is easy to operate, the yield of nano-material is high, non-toxic and pollution-free; the nano-sheet of alpha Sb2O4 prepared by this method can be used as negative electrode material for batteries.

【技术实现步骤摘要】
一种α-Sb2O4纳米片材料的制备方法及α-Sb2O4纳米片材料的应用
本专利技术涉及一种纳米材料的制备方法及应用，特别涉及一种α-Sb2O4纳米片材料的制备方法及α-Sb2O4纳米片材料的应用，属于纳米材料

技术介绍
α-Sb2O4是一种类似于Fe3O4的金属氧化物材料，两个Sb+的价态不同，一个为Sb+3，另一个为Sb+5，由于其特殊的组成，具有很多特异的性能，被应用在诸多领域，如气敏传感器、锂离子电池负极储能材料、太阳能电池、催化剂等。α-Sb2O4是一种应用潜力巨大的负极材料，其理论比容量可达到1227mAhg-1。在锂电的负极材料，超级电容器领域具有巨大的潜在应用前景。由于Sb2O4难以制备，有关α-Sb2O4的文献相对较少。Kim等人采用化学气相沉积的方法，以Sb2S3为蒸发源，以Ar/O2为载气，在低压(2Torr)下的镀金Si为沉积衬底合成了直径为100nm的Sb2O4纳米线[KimH.W.etal.,SynthesisandCharacterizationofOrthorhombicSb2O4NanowirePreparedbyHeatingSb2O3Powder,ElectrochemicalandSolid-StateLetters,15,K49(2012)]。Jamal等人采用水热反应的方法，以氯化锑和尿素为前驱体，在Ph＝10.5和温度为150℃的条件下合成了Sb2O4纳米颗粒[JamalA.etal.,SimpleGrowthandCharacterizationofα-Sb2O4:EvaluationoftheirPhoto-catalyticandChemicalSensingApplications,J.Chem.Soc.Pak.,35,570(2013)]。然而，对于电化学锂电负极材料而言，厚度较薄的纳米片能极大的提高反应活性，到目前为止，制备大面积的α-Sb2O4纳米薄片的方法未见报道。静电纺丝是一种通过高压静电来获得纳米纤维的技术方法，得到产物，它具有比表面积大、材料多元化、结构多样化等特点。该方法制备的产物具有纯度高，产量大等优点，已被广泛应用在多个领域。专利技术人基于该技术形成了本专利技术技术。
技术实现思路
专利技术目的：针对现有技术中缺乏大面积α-Sb2O4纳米薄片的制备方法，本专利技术提供了一种α-Sb2O4纳米片材料的制备方法，利用简单的静电纺丝机制备了大面积的α-Sb2O4纳米薄片；另外，本专利技术还提供一种将该方法制得的α-Sb2O4纳米片材料用作电池负极材料的应用。技术方案：本专利技术所述的一种α-Sb2O4纳米片材料的制备方法，包括如下步骤：(1)取二甲基甲酰胺和磁子加入反应容器中，并将反应容器置于磁力搅拌器上；(2)向反应容器内加入聚乙烯吡咯烷酮，常温搅拌；(3)向反应容器内加入三氯化锑二水合物，继续搅拌，直至形成均一无色透明液体；(4)将步骤(3)所得液体转移至静电纺丝机的针筒内，待针筒内气泡消除后，开启静电纺丝机，开始纺丝并收集产物；(5)将所得产物烘干，在空气中退火处理，然后自然降温，得到α-Sb2O4纳米材料。其中，各原料的用量存在如下比例关系：每加入1～3g三氯化锑二水合物，对应的二甲基甲酰胺的用量为1.8g，聚乙烯吡咯烷酮的用量为10ml。上述步骤(2)中，常温搅拌的条件优选为：磁力搅拌器的转速为400r/min，温度为28℃，搅拌时长8～10h。步骤(3)中，继续搅拌的时间最好为10h。较优的，步骤(4)中，设置静电纺丝机的纺丝参数为：纺丝机工作电压为14.5KV，负压为1KV，推速为2.2～3ml/h，箱体内温度为50℃，湿度为40％RH。进一步的，步骤(4)中，可采用铝箔纸收集产物。步骤(5)中，可将铝箔纸连同产物一起烘干处理；优选的，烘干温度为60℃，烘干时间为8h。作为优选的，步骤(5)中，退火处理的条件为：以2℃/min的升温速率升温至500℃，恒温退火3～5h后，自然降温；退火时间最好为4h。本专利技术所述的一种α-Sb2O4纳米片材料的应用，是将通过上述方法制得的α-Sb2O4纳米片材料用作电池负极材料。有益效果：本专利技术的方法通过静电纺丝机制备α-Sb2O4纳米片材料，实现了大面积的α-Sb2O4纳米薄片的可控制备；而且，该方法易于操作，纳米材料产量较高，无毒，无污染；通过该方法制备的α-Sb2O4纳米薄片可作为电池负极材料，电化学测试结果表明其具有高容量、环境友好、良好的循环、倍率等优越性能，有非常重要的潜在应用价值。附图说明图1为实施例1制得的α-Sb2O4纳米材料的SEM形貌图；图2为实施例2制得的α-Sb2O4纳米薄片的样品图；图3为实施例2制得的α-Sb2O4纳米薄片样品的SEM形貌图，其中，(a)图为低倍形貌图(×800)，(b)图为放大形貌图(×4800)，(c)图为高倍形貌图(×25000)；图4为实施例2制得的α-Sb2O4纳米薄片样品的SEM能谱图；图5为实施例2制得的α-Sb2O4纳米薄片样品的XRD图；图6为实施例2制得的α-Sb2O4纳米薄片样品的XPS全谱图；图7为实施例2制得的α-Sb2O4纳米薄片样品的低倍TEM图；图8为实施例2制得的样品中单个α-Sb2O4纳米薄片的低倍TEM图；图9为实施例2制得的样品中单个α-Sb2O4纳米薄片的HRTEM图；图10为实施例3制得的锂电池前5次循环的CV曲线；图11为实施例3制得的锂电池100次循环后的CV曲线；图12为实施例3制得的锂电池前5次恒电流充/放电曲线；图13为实施例3制得的锂电池的循环特性曲线和库伦效率曲线；图14为实施例3制得的锂电池的电化学倍率特性；图15为实施例3制得的锂电池的阻抗谱；图16为实施例3制得的锂电池的等效电路及拟合参数；图17为实施例4制得的α-Sb2O4纳米材料的SEM形貌图；具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步说明。实施例1(1)将实验所用烧杯，磁子依次通过丙酮、乙醇、超纯水在超声波清洗机中为时20min的清洗后，烘干，备用；(2)用移液枪量取10mlDMF(二甲基甲酰胺C3H7NO)，并转移至25ml烧杯中；(3)将磁子加入烧杯中；(4)用天平称取1.8gPVP(聚乙烯吡咯烷酮)；(5)将盛有DMF和磁子的烧杯转移至磁力搅拌器上，转速为400r/min，温度为28℃；(6)将称量好的PVP转移至烧杯中，进行搅拌时长约10h；(7)上述步骤之后，用天平称量1gSbCl3·2H2O(三氯化锑二水合物),将称量好的SbCl3·2H2O转移至烧杯中，继续搅拌，直至形成均一无色透明液体为止；(8)将无色均一透明液体转移至针筒中，静置30min消除气泡；(9)打开纺丝机，将纺丝机高压设置为14.5KV，负压为1KV，推速设置为F＝0.015(2.2ml/h)，箱体内温度设置为50℃，湿度设置为40％RH；(10)用铝箔纸收集产物；(11)将铝箔纸连同收集产物放入烘干箱做烘干处理，烘干温度为60℃，保持8h；(12)将产物从铝箔纸上转移至马沸炉中，在空气中做退火处理，升温速率为2℃/min，退火温度为500℃恒温3h，自然降温，得到α-Sb2O4纳米材料；图1为本实施例所制备样品的SEM图片，可以看出该条件下合成的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种α‑Sb2O4纳米片材料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：(1)取二甲基甲酰胺和磁子加入反应容器中，并将反应容器置于磁力搅拌器上；(2)向反应容器内加入聚乙烯吡咯烷酮，常温搅拌；(3)向反应容器内加入三氯化锑二水合物，继续搅拌，直至形成均一无色透明液体；(4)将步骤(3)所得液体转移至静电纺丝机的针筒内，待针筒内气泡消除后，开启静电纺丝机，开始纺丝并收集产物；(5)将所得产物烘干，在空气中退火处理，然后自然降温，得到α‑Sb2O4纳米材料。

【技术特征摘要】
1.一种α-Sb2O4纳米片材料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：(1)取二甲基甲酰胺和磁子加入反应容器中，并将反应容器置于磁力搅拌器上；(2)向反应容器内加入聚乙烯吡咯烷酮，常温搅拌；(3)向反应容器内加入三氯化锑二水合物，继续搅拌，直至形成均一无色透明液体；(4)将步骤(3)所得液体转移至静电纺丝机的针筒内，待针筒内气泡消除后，开启静电纺丝机，开始纺丝并收集产物；(5)将所得产物烘干，在空气中退火处理，然后自然降温，得到α-Sb2O4纳米材料。2.根据权利要求1所述的α-Sb2O4纳米片材料的制备方法，其特征在于，各原料的用量满足如下比例关系：每加入1～3g三氯化锑二水合物，对应的二甲基甲酰胺的用量为1.8g，聚乙烯吡咯烷酮的用量为10ml。3.根据权利要求1所述的α-Sb2O4纳米片材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述常温搅拌的条件为：磁力搅拌器的转速为400r/min，温度为28℃，...

【专利技术属性】
技术研发人员：许军旗，谢文合，王艳蕊，王其尚，王文杰，徐子君，
申请(专利权)人：信阳师范学院，
类型：发明
国别省市：河南,41