一种制备硅锑合金纳米管的方法技术

本发明专利技术提供一种制备硅锑合金纳米管的方法，将三氯化锑、碳源、有机溶液、硅源按1：4：7：1配置，并搅拌形成均匀透明无色溶液，即锑基前驱溶液；将锑基前驱溶液置于有出口的容器中静置消泡后，利用静电纺丝技术进行纺丝；纺丝结束后，将纺丝产物在200℃的烘箱中进行充分的热处理；将热处理后的纺丝产物在还原性气体的氛围下恒温反应，其中恒温温度在500℃~600℃；控制降温到300℃后再自然降温，即在纺丝产物上得到一维硅锑合金纳米管。本发明专利技术通过静电纺丝与热退火处理后，直接形成了一维硅锑合金纳米管，避免了额外碳的引入而降低电极材料的比容量。容量。容量。

【技术实现步骤摘要】
一种制备硅锑合金纳米管的方法


[0001]本专利技术涉及无机纳米材料
，具体涉及一种制备硅锑合金纳米管的方法。

技术介绍

[0002]目前，钠离子电池（SIB）由于其成本低、存储量大和相对较低的氧化还原电位，成为了锂离子电池（LIB）的一种低成本替代品，受到了广泛关注。而钠离子电池商业化的主要障碍之一是负极材料能否满足大电流下电池容量稳定性和高倍率性能。发展全新的、高效的钠离子电池负极材料成为当务之急。
[0003]合金类材料(锡(Sn)、锑(Sb)、锗(Ge)等)一直被认为是一种很有前途的负极材料，其中，Sb能最大限度地与Na形成Na3Sb达到高的理论容量(660 mAh g
‑1)，具有良好的导电性和合适的电压窗口(0.5
‑
0.8V)。然而，由于快速的钠嵌入/脱嵌过程中，会引起Sb的体积急剧膨胀（约290%）而严重粉碎，导致SIB的容量快速衰减。因此，设计合理而有效的Sb基纳米结构材料，来抑制在嵌入/脱嵌过程中产生的体积膨胀，对获得高效稳定SIB具有非常重要的作用。
[0004]形成一维（1D）管状结构纳米材料是缓解LIB中合金型负极（如Si和Ge）体积膨胀问题的有效方法。理论上，该策略也应适用于SIB中的锑基负极材料。最近，各种管状锑基复合材料已测试在SIB中，表现出更高的速率容量和长期循环性能。Liu等人利用热还原策略实现碳涂层包覆的Sb @ C同轴纳米管，Wang等人以TiO2纳米管为模板，利用化学气相沉积化法将硫化锑(Sb3S2@ TiO2)还原成Sb@ TiO2纳米管，然而碳或TiO2的引入将降低复合负极材料的比容量。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供一种制备硅锑合金纳米管的方法，通过静电纺丝与热退火处理后，直接形成了一维硅锑合金纳米管，避免了额外碳的引入而降低电极材料的比容量。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种制备硅锑合金纳米管的方法，包括如下步骤：步骤a：将三氯化锑、碳源、有机溶液、硅源按质量比1：4：7：1配置，并搅拌形成均匀透明无色溶液，即锑基前驱溶液；步骤b：将锑基前驱溶液置于有出口的容器中静置消泡后，利用静电纺丝技术进行纺丝；步骤c：纺丝结束后，将纺丝产物在200℃的烘箱中进行热处理；步骤d：将热处理后的纺丝产物在还原性气体的氛围下恒温反应，其中恒温温度为500～600℃；步骤e：控制降温到300℃后再自然降温，即在纺丝产物上得到一维硅锑合金纳米管。
[0007]进一步的，所述锑基前驱溶液是通过磁力搅拌形成的。
[0008]进一步的，所述锑基前驱溶液静置消泡1～2h。
[0009]进一步的，步骤b中，静电纺丝过程中纺丝温度保持在25～35℃，正高压范围为10～13KV，负高压范围为
‑
2 KV ～
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4 KV，接收距离为15～20cm。
[0010]进一步的，步骤c中热处理过程维持1～3h。
[0011]进一步的，步骤d中还原性气体是氩气。
[0012]进一步的，步骤d中还原过程恒温保持2～4h。
[0013]进一步的，所述碳源为聚乙烯吡咯烷酮。
[0014]进一步的，所述有机溶液为无水乙醇。
[0015]进一步的，所述硅源为正硅酸乙酯。
[0016]本专利技术的上述技术方案的有益效果如下：本专利技术将通过静电纺丝技术得到的纺丝产物进行热处理，使金属锑与无机硅在高温氛围下从在产物中生成，从而得到一维硅锑合金的纳米管。本专利技术创新采用静电纺丝技术和退火相结合的工艺，用于制备一维硅锑合金纳米管，为制备一维材料锑基纳米管提供了新的路径，本专利技术的工艺操作简单、安全可靠、成本较低、可控性强，还能为实现制备锑基纳米管的大规模生产提供了技术支持。
[0017]此外，本专利技术通过静电纺丝与热退火处理后，直接形成了一维硅锑合金纳米管，不仅避免了额外碳的引入而降低电极材料的比容量，而且硅锑合金是以管状形式存在，而不是合金颗粒的形式，这样就避免了在循环过程中的粉碎现象而保持钠电池优异的循环稳定性。
附图说明
[0018]图1为本专利技术硅锑合金纳米管的扫描电子显微镜照；图2为本专利技术硅锑合金纳米管的能量色散X射线光谱；图3为本专利技术硅锑合金纳米管的X射线衍射谱；图4为本专利技术硅锑合金纳米管的透射电子显微镜照；图5为本专利技术硅锑合金纳米管的Mapping图；图6为本专利技术硅锑合金纳米管的前五条充放电曲线(0.2 A g
‑1)；图7为本专利技术硅锑合金纳米管的循环性能曲线(0.2 A g
‑1)；图8为本专利技术硅锑合金纳米管的倍率性能曲线。
具体实施方式
[0019]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例的附图1
‑
8，对本专利技术实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本专利技术的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0020]为了便于理解，对本专利技术中出现的部分名词作以下解释说明：静电纺丝技术（Electrospinning fiber technique ）是使带电的高分子溶液（或熔体）在静电场中流动变形，经溶剂蒸发或熔体冷却而固化，从而得到纤维状物质的一种方法。
[0021]实施例一本实施例提供了一种制备硅锑合金纳米管的方法，包括如下步骤：步骤a：将三氯化锑、聚乙烯吡咯烷酮依次加入到无水乙醇和正硅酸乙酯的混合液中，其质量比为1：4：7：1，将上述4组分的混合液搅拌直至形成均匀透明无色溶液，即锑基前驱溶液，具体可使用磁力搅拌的方法；步骤b：将得到的锑基前驱溶液加入至10mL的医用注射器中，竖直静置1h以达到消除气泡的作用，具体静置时间根据锑基前驱溶液的量而定，待锑基前驱溶液消泡后，即可进行静电纺丝，本实施案例中，静电纺丝的温度为30℃，注射器配用针头0.7*30mm的金属针头，并与高压静电相连，以接地线的铝箔为接收板，接收距离为18cm，正负高压为13KV与
‑
3KV，开始纺丝，得到纺丝产物；步骤c：纺丝结束后，将纺丝产物转移到200℃的烘箱中进行2h的热处理，以预热完全；步骤d：将热处理后的纺丝产物转移至可持续单向通气的容器中，如具有进气端与出气端的管式炉中，使热处理后的纺丝产物在还原性氩气气体的氛围下恒温发生持续的还原反应，正式进行热还原反应前，需对管式炉进行净化处理，将氩气循环三次通入到管式炉中，保持管式炉中的还原性气氛，将管式炉加热升温至500℃，然后恒温保持3h，使纺丝产物在氩气的气氛中，在500℃的恒温温度下持续发生还原反应；步骤e：停止加热，管式炉开始控制降温到300℃后再自然降温，即可得到一维硅锑合金纳米管。
[0022]实施例二本实施例提供了一种制备硅锑合金纳米管的方法，包括如下步骤：步骤a：将三氯化锑、聚乙烯吡咯烷酮依次加入到无水乙醇和正硅酸乙酯的混合液中，其质量比为1：4：7：1，将上述4组分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备硅锑合金纳米管的方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤a：将三氯化锑、碳源、有机溶液、硅源按质量比1：4：7：1配置，并搅拌形成均匀透明无色溶液，即锑基前驱溶液；步骤b：将锑基前驱溶液置于有出口的容器中静置消泡后，利用静电纺丝技术进行纺丝；步骤c：纺丝结束后，将纺丝产物在200℃的烘箱中进行热处理；步骤d：将热处理后的纺丝产物在还原性气体的氛围下恒温反应，其中恒温温度为500～600℃；步骤e：控制降温到300℃后再自然降温，即在纺丝产物上得到一维硅锑合金纳米管。2.如权利要求1所述的制备硅锑合金纳米管的方法，其特征在于：所述锑基前驱溶液是通过磁力搅拌形成的。3.如权利要求1所述的制备硅锑合金纳米管的方法，其特征在于：所述锑基前驱溶液静置消泡1～2h。4.如权利要求1所述的制备硅锑合金纳米管的方法，其特征在于：步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙海斌，刘聪聪，梁双双，刘胜红，
申请(专利权)人：信阳师范学院，
类型：发明
国别省市：