半导体材料V2O5@Ag、V2O5@Cu的制备及应用制造技术

本发明专利技术涉及半导体材料V2O5@Ag、V2O5@Cu的制备及应用，包括：将纳米材料V2O5在超声条件下分散于含有M离子及化合物的溶液中，使纳米V2O5均匀分散，然后在搅拌下陈化一段时间，使纳米V2O5对M离子及化合物的吸附达到饱和；将上述溶液离心分离，将沉淀即吸附了M离子及化合物的纳米V2O5漂洗后搅拌分散在一定浓度的还原剂溶液中，充分反应，然后分离、漂洗、干燥，即得V2O5@M纳米半导体复合材料。该方法操作简单，时间短，成本低，环境友好，重复性好，效率高，能快速有效的制备纳米半导体复合材料，具有普适性和规模生产价值。本发明专利技术制备的纳米半导体复合材料V2O5@Ag、V2O5@Cu提高了锂离子电池正极材料电化学性能，在电化学等领域具有广阔的应用前景。

Preparation and Application of Semiconductor Materials V2O5@Ag and V2O5@Cu

The invention relates to the preparation and application of semiconductor materials V2O5@Ag and V2O5@Cu, including: dispersing nano-material V2O5 in solution containing M ions and compounds under ultrasonic condition, uniformly dispersing nano-V2O5, then aging under stirring for a period of time, so that the adsorption of M ions and compounds by nano-V2O5 reaches saturation; centrifuging and separating the above solution, the precipitation is adsorbed M ions. After rinsing, the nano-V2O5 and its compounds were stirred and dispersed in a certain concentration of reductant solution, fully reacted, then separated, rinsed and dried, resulting in V2O5@M nano-semiconductor composites. The method has the advantages of simple operation, short time, low cost, friendly environment, good repeatability, high efficiency, rapid and effective preparation of nano-semiconductor composites, and has universal applicability and large-scale production value. The nano-semiconductor composite materials V2O5@Ag and V2O5@Cu prepared by the invention improve the electrochemical performance of the cathode materials of lithium ion batteries, and have broad application prospects in the fields of electrochemistry and other fields.

【技术实现步骤摘要】
半导体材料V2O5@Ag、V2O5@Cu的制备及应用
本专利技术属于纳米半导体复合材料制备
，特别涉及新型半导体材料V2O5@Ag、V2O5@Cu的制备及应用。
技术介绍
半导体纳米材料具有的各种量子效应和其独特的性质，使其在光催化、太阳能电池、半导体纳米膜等领域占有重要地位。V2O5资源丰富、成本低、电位和电化学活性较高，被广泛应用于催化剂、场发射器、光致变色、电致变色、锂离子电池等领域。锂离子电池因拥有高电压、高比容量、无记忆效应而受到广泛关注。钒氧化合物具有优异的Li+储存密度，强大的离子注入和抽出量以及能量密度高，故可作为锂离子电极的正极材料。但V2O5的导电性有待于提高，为了提高V2O5的导电性，将导电性良好的纳米级Cu或Ag修饰到V2O5上是一个很好的解决方案。目前，已报道的V2O5@Ag、V2O5@Cu制备方法仍然存在着难以解决的问题。例如：专利CN1772363公开了一种聚合物中空球壳体内层生长金属的复合中空球的方法，该法步骤繁杂且难以控制金属颗粒的尺寸、制备成本高，不适宜规模化生产。
技术实现思路
为了克服上述不足，本专利技术采用一种表面吸附原位还原生长方法制备纳米半导体复合材料V2O5@Ag、V2O5@Cu，该方法操作简单、时间短、成本低、环境友好、重复性好、效率高，具有普适性和规模化生产价值。为实现上述技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种半导体材料V2O5@M的制备方法，包括：将纳米材料V2O5分散于含有M离子及化合物的溶液中，使纳米V2O5均匀分散，以保证整个纳米V2O5表面都能充分吸附M离子及化合物，超声时间以1-100min为宜；然后在搅拌下陈化1-24h，以保证纳米V2O5对M离子及化合物的饱和吸附；将上述溶液离心分离，分离后的含有M离子及化合物的溶液可循环利用，将沉淀即吸附了M离子及化合物的纳米V2O5漂洗1-3次，然后再将漂洗后的沉淀搅拌分散在一定浓度的适当的还原剂溶液中，充分反应，然后分离、漂洗、干燥，即得V2O5@M纳米半导体复合材料。所述M为Ag和Cu。为了使Ag或Cu离子能够有效地吸附在纳米材料V2O5，保证有足够的Ag或Cu离子参与后续的还原反应，本申请采用超声+陈化的方式来吸附Ag或Cu离子，结果表明：纳米材料V2O5对Ag或Cu离子的吸附效率和稳定性显著提升，V2O5@Ag、V2O5@Cu、V2O5@Ag/Cu导电率和电极循环稳定性也得到明显改善。本申请提出的制备方法基于纳米颗粒巨大的比表面积，使得V2O5表面具有很强的吸附能力，在含有银离子或铜离子的溶液中超声分散并陈化后，银离子或铜离子可以均匀地吸附在V2O5表面，再经离心分离后与适当的还原剂反应，最终银颗粒或铜颗粒原位附着在V2O5表面，形成理想的V2O5@Ag、V2O5@Au纳米半导体复合材料。该方法工艺简单、成本低、易于规模化生产，与所报道的方法在制备工艺上有着显著的优势。若将V2O5分散于同时含有银离子和铜离子的溶液中，能够实现两者同时负载。本专利技术的原理为，所述纳米材料比表面积大且本身的吸附作用，可吸附AgNO3或醋酸铜；滴加一定浓度适量的还原剂可将Ag(I)或Cu(II)离子及化合物还原为Ag或Cu，反应式为：Ag++e-＝AgCu2++2e-＝Cu通过表面吸附还原反应，纳米Ag、Cu将在原位生长在V2O5表面形成稳定的V2O5@Ag、V2O5@Cu异质结复合材料，如图2的高分辨电镜照片可以看出，异质结复合材料结合的比较紧密，有效的将双功能材料集于一体。在一些实施例中，所述含有M盐的溶液的浓度为0.1～100mg/mL。在一些实施例中，所述还原剂为可以还原Ag(I)或Cu(II)离子及化合物的所有还原剂，例如NaBH4、柠檬酸、肼等。在一些实施例中，所述还原剂的浓度为5～10mg/mL。在一些实施例中，所述分离的方法为离心、过滤、沉降或溶剂蒸发。在一些实施例中，所述M为Ag，含有M盐的溶液为AgNO3溶液。在一些实施例中，所述M为Cu，含有M盐的溶液为醋酸铜溶液。在一些实施例中，所述最终溶液中几乎没有单独的Ag和Cu颗粒，因而含有Ag(I)或Cu(II)离子及化合物的AgNO3溶液、醋酸铜溶液可循环利用。本专利技术还提供了任一上述的方法制备的半导体材料V2O5@M，所述纳米半导体复合材料的尺度为纳米尺度。本专利技术还提供了一种电极材料，所述电极材料包括上述的半导体材料V2O5@M。本专利技术还提供了上述的半导体材料V2O5@M在超级电容器中的电化学应用。本专利技术的有益效果在于：(1)本申请的方法操作简单，时间短，成本低，环境友好，重复性好，效率高，能快速有效的制备纳米半导体复合材料，具有普适性和规模生产价值。(2)V2O5是锂离子电池中常用的正极材料，通过外层修饰Ag、Cu得到的新型纳米半导体材料具有更高的导电性和比表面积，可增大电容容量，增强循环稳定性。本专利技术制备的纳米半导体复合材料V2O5@Ag、V2O5@Cu提高了电极循环稳定性，有利于改善电极的循环寿命。(3)本专利技术制备方法简单、处理效率高、实用性强，易于推广。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1为纳米半导体复合材料的X-射线衍射谱图，(A)V2O5@Ag的X-射线衍射谱图；(B)V2O5@Cu的X-射线衍射谱图。图2为纳米半导体复合材料的透射电镜图，(A)V2O5@Ag的透射电镜图(图中比例尺为200nm)；(B)V2O5@Cu的透射电镜图(图中比例尺为100nm)。图3为V2O5、V2O5@Ag在不同扫描速率下的循环伏安曲线，(A)扫描速率为1mA/s的循环伏安曲线，(B)扫描速率为3mA/s的循环伏安曲线，(C)扫描速率为10mA/s的循环伏安曲线，(D)扫描速率为20mA/s的循环伏安曲线。从图中可知，与V2O5相比，V2O5@Ag异质结结构的氧化还原峰面积较大，因此V2O5@Ag异质结结构的活性中心数量也随着增多，材料的充放电容量也会增大。银颗粒均匀的分布在V2O5表面，增大材料与电解质溶液的接触面积，银在增大电极电容方面起关键作用。图4为V2O5、V2O5@Cu在不同循环次数下的循环伏安曲线，(A)V2O5循环伏安曲线，(B)V2O5@Cu循环伏安曲线。由图可知，V2O5@Cu异质结结构的氧化还原峰面积较大，表明活性中心数量增多，材料的充放电容量会增大。图5为V2O5@Ag、V2O5@Cu、V2O5@Ag/Cu循环伏安曲线。由图可知，V2O5@Ag/Cu异质结结构比V2O5@Ag、V2O5@Cu的氧化还原峰面积大，与单纯的负载Ag、Cu相比，V2O5@Ag/Cu材料的充放电容量显著增强，Ag、Cu在增大V2O5电极的电容方面起到协同增效的作用。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体材料V2O5@M的制备方法，其特征在于，包括：将纳米材料V2O5在超声条件下分散于含有M离子及化合物的溶液中，使纳米V2O5均匀分散，然后在搅拌下陈化一段时间，使纳米V2O5对M离子及化合物的吸附达到饱和；将上述溶液离心分离，将沉淀即吸附了M离子及化合物的纳米V2O5漂洗后搅拌分散在一定浓度的还原剂溶液中，充分反应，然后分离、漂洗、干燥，即得V2O5@M纳米半导体复合材料；所述M为Ag和Cu。

【技术特征摘要】
1.一种半导体材料V2O5@M的制备方法，其特征在于，包括：将纳米材料V2O5在超声条件下分散于含有M离子及化合物的溶液中，使纳米V2O5均匀分散，然后在搅拌下陈化一段时间，使纳米V2O5对M离子及化合物的吸附达到饱和；将上述溶液离心分离，将沉淀即吸附了M离子及化合物的纳米V2O5漂洗后搅拌分散在一定浓度的还原剂溶液中，充分反应，然后分离、漂洗、干燥，即得V2O5@M纳米半导体复合材料；所述M为Ag和Cu。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含有M盐的溶液的浓度为0.1～100mg/mL。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述还原剂为可以还原Ag(I)或Cu(II)离子及化合物，优选的为NaBH...

【专利技术属性】
技术研发人员：李志华，李娜，郄元元，曹国炜，张敏，罗楠楠，
申请(专利权)人：山东师范大学，
类型：发明
国别省市：山东,37