一种钒铌酸盐纳米线的制备方法与流程

本发明属于材料化学领域，具体涉及到一种钒铌酸盐纳米线的制备方法。

背景技术：

纳米材料由于存在表面效应和尺寸效应的特性，在很多方面具有优异的性能。一维纳米材料有在两个维度都受限的特殊结构，导致其产生了很多新的物理化学特性，所以其具有非常多的其它维度的纳米材料没有的性能。

钒酸盐化合物材料由于有多变的化合价而存在着丰富的电化学性能，该类材料因为具有较高的比容量和合适的脱嵌锂电位，被广泛应用于锂离子电池材料的研究和应用(孙旦等人，钒酸盐材料用于水系锂离子电池负极的研究，功能材料,2013,44(19):2749-2755；马永等人，nav3o8纳米片的制备及作为锂电池正极的性能研究，广州化工，2015(10):86-89；梁叔全等人，一种水热法制备锂电池钒酸盐正极材料的方法，公开号cn103390751a)。但是钒酸盐化合物作为锂离子电池材料稳定性能不好。在铌酸钾类化合物中，knbo3应用最为广泛。knbo3广泛应用于压电陶瓷、光波导器件、激光倍频器、声表面波传感器、光通讯等领域。其它铌酸钾化合物，如k4nb6o17，k2nb4o11，k2nb8o21主要应用于光催化领域。longtuli等人用静电纺丝技术制备knbo3纳米纤维，并研究了其光催化性能(rscadvances,2015,5,72410-72415)。2001年，yuhaolu首次将knb5o13作为电极材料应用于锂离子电池中，并探讨了knb5o13在充放电过程中可能的嵌锂机制(yuhaolu等人，chem.mater.,2011,23,3210-3216)。2015年hidekinakayama等人用固态反应法制备了层状结构knb3o8，并研究了其电化学性能(journalpowersources,2015,287,158-163)。2013年曹慧群等人通过研磨煅烧技术得到knb3o8纳米线(一种铌酸钾单晶纳米线及其制备方法，公开号为cn103320847a)。铌酸盐作为锂离子电池材料在应用方面还存在循环使用次数不够理想等问题。为了更好地提高钒铌酸盐材料的电化学性能，本发明采用静电纺丝技术制备了一种钒铌酸盐kliv3nb3o16纳米线。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术，提供一种钒铌酸盐纳米线的制备方法。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种钒铌酸盐纳米线的制备方法，所述制备方法以醋酸锂、偏钒酸铵、草酸铌、草酸、醋酸钾为主要原料，加入适量的高分子粘合剂，在高电压条件下利用静电纺丝技术，制备静电纺丝产品，随后在马弗炉中进行烧结，得到一种钒铌酸盐kliv3nb3o16纳米线，具体包括以下步骤：

1)称取一定量的醋酸锂(ch3cooli)、偏钒酸铵(nh4vo3)、草酸铌nb(hc2o4)5)、草酸(h2c2o4)和醋酸钾(ch3cook)溶于一定体积的n,n-二甲基甲酰胺(dmf)中，然后加入适量的聚乙烯吡咯烷酮(k-120,pvp)，搅拌3-6h，得到浅灰色的前驱体混合物溶液；

2)将上述浅灰色的前驱体混合物溶液在15～25kv电压和0.5～0.8ml/h流率下、相对湿度为40～50％的氛围下进行静电纺丝；

3)将上述所得的静电纺丝产品置于坩埚内，然后将坩埚放置于马弗炉中650～750℃烧结4～6h，然后自然降温至室温，得到一种钒铌酸盐kliv3nb3o16纳米线。

优选的，步骤1)中醋酸锂的浓度为0.05～0.06mol/l，偏钒酸铵的浓度为0.15～0.20mol/l，草酸铌的浓度为0.15～0.20mol/l，草酸的浓度为0.20～0.40mol/l，醋酸钾的浓度为0.05～0.06mol/l，聚乙烯吡咯烷酮为k-120聚乙烯吡咯烷酮，分子量1390000，浓度为0.00005～0.000062mol/l。

进一步的，本发明还提供了一种所述的制备方法得到的钒铌酸盐纳米线，该纳米棒作为锂离子电池负极材料，其首次放电比容量为174.7mahg^-1。

与现有技术相比，本发明的特点如下：

本发明制备的钒铌酸盐kliv3nb3o16纳米线性能优异，充放电测试表明该纳米线作为电池负极材料首次放电比容量为174.7mahg^-1。

附图说明

图1为本发明制得的钒铌酸盐纳米线的xrd图；

图2为本发明制得的钒铌酸盐纳米线的sem图；

图3为本发明制得的钒铌酸盐纳米线作为电池材料充放电循环图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1

称取1.0mmol(0.066g)的醋酸锂(ch3cooli)、3.0mmol(0.357g)偏钒酸铵(nh4vo3)、3.0mmol(1.614g)草酸铌nb(hc2o4)5，6.0mmol(0.540g)草酸(h2c2o4)和1.0mmol(0.098g)醋酸钾(ch3cook)溶于20ml的n,n-二甲基甲酰胺(dmf)中，然后加入1.4g的pvp(k-120,分子量1390000，聚乙烯吡咯烷酮)，搅拌6h，得到浅灰色的前驱体混合物溶液；将上述浅灰色的前驱体混合物溶液在15kv电压和0.5ml/h流率下、相对湿度为40％的氛围下进行静电纺丝；将上述所得的静电纺丝产品置于坩埚内，然后将坩埚放置于马弗炉中750℃烧结4h，然后自然降温至室温，得到一种钒铌酸盐kliv3nb3o16纳米线。将得到的kliv3nb3o16纳米线进行粉末x射线xrd(图1)测试，用扫描电镜sem(图2)和用电化学测试仪测试其电化学性能。

实施例2

称取0.5mmol(0.033g)的醋酸锂(ch3cooli)、1.5mmol(0.179g)偏钒酸铵(nh4vo3)、1.5mmol(0.807g)草酸铌nb(hc2o4)5，4.0mmol(0.360g)草酸(h2c2o4)和0.5mmol(0.049g)醋酸钾(ch3cook)溶于10ml的n,n-二甲基甲酰胺(dmf)中，然后加入0.7g的pvp(k-120,分子量1390000，聚乙烯吡咯烷酮)，搅拌3h，得到浅灰色的前驱体混合物溶液；将上述浅灰色的前驱体混合物溶液在25kv电压和0.8ml/h流率下、相对湿度为50％的氛围下进行静电纺丝；将上述所得的静电纺丝产品置于坩埚内，然后将坩埚放置于马弗炉中650℃烧结6h，然后自然降温至室温，得到一种钒铌酸盐kliv3nb3o16纳米线。将得到的kliv3nb3o16纳米线进行粉末x射线测试，用扫描电镜和用电化学测试仪测试其电化学性能。

实施例3

称取2.0mmol(0.132g)的醋酸锂(ch3cooli)、6.0mmol(0.714g)偏钒酸铵(nh4vo3)、6.0mmol(3.228g)草酸铌nb(hc2o4)5，10.0mmol(0.900g)草酸(h2c2o4)和2.0mmol(0.196g)醋酸钾(ch3cook)溶于35ml的n,n-二甲基甲酰胺(dmf)中，然后加入3.0g的pvp(k-120,分子量1390000，聚乙烯吡咯烷酮)，搅拌5h，得到浅灰色的前驱体混合物溶液；将上述浅灰色的前驱体混合物溶液在20kv电压和0.6ml/h流率下、相对湿度为45％的氛围下进行静电纺丝；将上述所得的静电纺丝产品置于坩埚内，然后将坩埚放置于马弗炉中700℃烧结5h，然后自然降温至室温，得到一种钒铌酸盐kliv3nb3o16纳米线。将得到的kliv3nb3o16纳米线进行粉末x射线测试，用扫描电镜和用电化学测试仪测试其电化学性能。

将实施例1-3得到的钒铌酸盐kliv3nb3o16纳米线用电化学测试仪测试其电化学性能，结果表明该纳米线作为电池负极材料首次放电比容量为174.7mahg^-1。