本发明涉及一种vs2纳米粉体及其制备方法，具体涉及一种薄片自组装微米棒状vs2纳米粉体及其制备方法。
背景技术
过渡金属二硫化物如mos2、ws2和vs2等的层状结构较大的层间空间，使它们成为了一种非常有前景的锂/钠离子电池负极材料。尽管近来的研究已经表明mos2和ws2能够展现出优异的储锂/钠性能，但是由半导体性引起的差的电子传输限制了它们的进一步发展。作为过渡金属二硫化物家族中的一个典型成员，拥有优异导电性的金属态vs2在循环过程中将展现出优异的电子传输性能。同时，vs2层与层之间的空间距离为
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种薄片自组装微米棒状vs2纳米粉体及其制备方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
步骤一：取0.9～1.1g偏钒酸钠和1.4～1.6g硫代乙酰胺同时加入到56～60ml无水乙醇中，磁力搅拌均匀得到半澄清溶液a；
步骤二：将溶液a倒入反应内衬中后密封，继而将内衬装于外釜中固定后置于均相反应仪中，然后在5～10r/min的转速条件下，于175～185℃下反应23～25h；
步骤三：反应结束后将反应釜自然冷却到室温，然后将反应后冷却的产物取出，经过水洗、醇洗交替清洗后收集产物；
步骤四：将收集的产物置于冷冻干燥机的冷井中进行冷冻，然后将冷冻后的产物置于托盘中，盖上密封罩，抽真空到10～20pa，干燥12～18h后收集产物，即可得到薄片自组装微米棒状vs2纳米粉体。
所述步骤1)磁力搅拌的转速为400～600r/min，并且在常温下进行。
所述步骤2)溶液a倒入反应内衬的填充比为56～60％。
所述步骤3)水洗和醇洗采用抽滤或离心清洗。
所述步骤4)的冷冻条件为：-60～-40℃，冷冻2～5小时。
所述步骤4)产物在放入托盘进行干燥之前，用保鲜膜密封，并对保鲜膜扎孔处理保证对其在低压条件下的充分干燥。
按本发明的制备方法制成的薄片自组装微米棒状vs2纳米粉体，该粉体是由均匀的直径约为5～10μm的微米棒状结构组成，微米棒是由厚度约为20nm的宽纳米片以辐射状插层方式自组装而成，vs2纳米片展现出了单晶特性和0.68nm的层间距，具有较好的结构稳定性和电荷传输性，能够存储更多的锂/钠离子。
按本发明的制备方法制成的薄片自组装微米棒状vs2纳米粉体应用于锂/钠离子电池领域和光/电催化领域。
本发明采用简单的一步溶剂热法制备薄片自组装微米棒状vs2纳米粉体，以水作为溶剂，以偏钒酸钠和硫代乙酰胺分别为钒源和硫源，通过协同控制它们的浓度及配比、反应温度、反应时间、反应填充比、溶剂热方式和干燥方式等参数，尤其是严格控制偏钒酸钠和硫代乙酰胺的质量两个参数，实现了一步溶剂热法制备薄片自组装微米棒状vs2纳米粉体。该方法反应过程简单、温度低、易控且不需要大型设备和苛刻的反应条件，能够实现超薄vs2的纳米片的可控自组装。当将上述产物应用为钠/锂离子电池负极材料和光/电催化剂时，它能够表现出优异的电化学性能和催化性能。
具体有益效果如下：
(1)本发明由于采用的是一步溶剂热反应直接合成最终产物，因而具有低的合成温度，简单的合成路径，不需要大型设备和苛刻的反应条件；
(2)本发明所用钒源为偏钒酸钠、硫源为硫代乙酰胺，这两种原料均是常见物料，廉价易得、成本低、产率高、反应易控、无需后期处理，对环境友好，可以适合大规模生产；
(3)本发明制备的产物化学组成均一、纯度高、形貌均匀，其作为锂/钠离子电池负极材料及光/电催化剂时能够表现出优异的性能；
(4)本发明通过协同控制钒源、硫源的浓度及配比、反应温度、反应时间、反应填充比、溶剂热方式和干燥方式等参数，实现了超薄单晶纳米片自组装微米棒状vs2的可控合成，具有较高的控制精度。
(5)当将偏钒酸钠和硫代乙酰胺的质量调控到，权利要求1所述的范围之外时，并不能得到超薄单晶纳米片自组装微米棒状vs2纳米粉体，因此这种独特的质量控制与范围对于本专利所涉及vs2的合成起着关键的作用。
(6)本发明在合成三维自组装结构的过程中，没有引入任何模板剂或表面活性剂，整个自组装过程是由反应原料的自模板作用控制的，因而整个反应简单、易控、高效及低成本；
(7)本发明所制备产物具有独特的自组装结构，其中自组装构筑体vs2纳米片之间独特的物理限域作用，可以有效抑制充放电过程vs2的体积膨胀/收缩，从而可以提升材料的循环性能。
(8)vs2纳米片发育良好的单晶结构具有优异的结构稳定性，对于其在充放电和电催化过程的稳定性起着重要的促进作用。
(9)vs2纳米片超薄的厚度不仅可以产生较大的比表面积，而且还可以提供更多的表面活性位点，进而可以提升电化学性能和催化性能。此外，这种超小厚度不仅可以缩短电荷传输路径，而且还可以为电荷的存储提供了更多的活性位点，从而可以提升材料的比容量和倍率性能。
(10)vs2纳米片大的层间距结构，不仅能够存储更多的li+/na+，还能够为li+/na+在层间的进出提供更顺畅的通道，最终能够协同提高vs2的容量和倍率性能。
附图说明
图1为本发明实施例1制备产物的x射线衍射图。
图2为本发明实施例1制备产物的低倍扫描电镜图。
图3为本发明实施例1制备产物的高倍扫描电镜图。
图4为本发明实施例1所制备产物的透射电镜图。
图5为本发明实施例1制备vs2纳米片厚度上的高分辨透射电镜图。
图6为本发明实施例1制备vs2纳米片的选区电子衍射图。
图7为将本发明实施例1中的硫代乙酰胺的质量调整为3.6g(其他条件与实施例1完全相同)后，所得产物的扫描电镜图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1：
步骤一：取1.0g偏钒酸钠和1.5g硫代乙酰胺同时加入到58ml无水乙醇中，在常温下以400r/min磁力搅拌均匀得到半澄清溶液a；
步骤二：按58％的填充比将溶液a倒入反应内衬中后密封，继而将内衬装于外釜中固定后置于均相反应仪中，然后在8r/min的转速条件下，于180℃下反应24h；
步骤三：反应结束后将反应釜自然冷却到室温，然后将反应后冷却的产物取出，采用水和醇以抽滤的方式交替清洗3次后收集产物；
步骤四：将收集的产物置于冷冻干燥机的冷井中在-60℃，冷冻2小时，然后将冷冻后的产物置于托盘中，用保鲜膜密封，并对保鲜膜扎孔处理保证对其在低压条件下的充分干燥，再盖上密封罩，抽真空到15pa，干燥16h后收集产物，即可得到薄片自组装微米棒状vs2纳米粉体。
从图1中可以观察到三个明显的衍射峰位于35.86°、45.1°和57.26°，分别对应于(011)、(012)和(110)晶面，与六方相vs2的标准卡片(pdf#89-1640)完全吻合，说明合成的产物为六方相vs2。值得注意的是，在15.38°的(001)峰非常微弱，说明vs2纳米片具有超小的厚度。
从图2中可以看出，所得产物是由均匀的直径约为5～10μm的微米棒状结构组成，微米棒是由宽纳米片以辐射状插层方式自组装而成。
从图3中可以看出，所得产物中vs2纳米片的厚度约为20nm，且片的宽度较大。
从图4中可以进一步确认所得产物为薄片自组装微米棒状vs2纳米粉体。
从图5中能够观察到弯曲的不规整的晶格条纹，进一步表明vs2晶粒具有超小的厚度和较大的层间空间(0.68nm)。
从图6中能够清楚的观察到点阵图案，表明纳米片具有单晶特性。
从图7中可以看出，纳米片的自组装方式不均匀，纳米片具有较大的厚度和较小的宽度，所得vs2的自组装结构与本发明所要的保护的自组装结构完全不同。因此，反应原料的质量对于本发明的实现具有关键的作用。
实施例2：
步骤一：取0.9g偏钒酸钠和1.4g硫代乙酰胺同时加入到56ml无水乙醇中，在常温下以500r/min磁力搅拌均匀得到半澄清溶液a；
步骤二：按56％的填充比将溶液a倒入反应内衬中后密封，继而将内衬装于外釜中固定后置于均相反应仪中，然后在5r/min的转速条件下，于175℃下反应25h；
步骤三：反应结束后将反应釜自然冷却到室温，然后将反应后冷却的产物取出，采用水和醇以抽滤的方式交替清洗4次后收集产物；
步骤四：将收集的产物置于冷冻干燥机的冷井中在-50℃，冷冻3小时，然后将冷冻后的产物置于托盘中，用保鲜膜密封，并对保鲜膜扎孔处理保证对其在低压条件下的充分干燥，再盖上密封罩，抽真空到10pa，干燥18h后收集产物，即可得到薄片自组装微米棒状vs2纳米粉体。
实施例3：
步骤一：取1.05g偏钒酸钠和1.45g硫代乙酰胺同时加入到57ml无水乙醇中，在常温下以450r/min磁力搅拌均匀得到半澄清溶液a；
步骤二：按60％的填充比将溶液a倒入反应内衬中后密封，继而将内衬装于外釜中固定后置于均相反应仪中，然后在7r/min的转速条件下，于185℃下反应23h；
步骤三：反应结束后将反应釜自然冷却到室温，然后将反应后冷却的产物取出，采用水和醇以离心的方式交替清洗5次后收集产物；
步骤四：将收集的产物置于冷冻干燥机的冷井中在-45℃，冷冻4小时，然后将冷冻后的产物置于托盘中，用保鲜膜密封，并对保鲜膜扎孔处理保证对其在低压条件下的充分干燥，再盖上密封罩，抽真空到20pa，干燥12h后收集产物，即可得到薄片自组装微米棒状vs2纳米粉体。
实施例4：
步骤一：取0.95g偏钒酸钠和1.55g硫代乙酰胺同时加入到60ml无水乙醇中，在常温下以550r/min磁力搅拌均匀得到半澄清溶液a；
步骤二：按57％的填充比将溶液a倒入反应内衬中后密封，继而将内衬装于外釜中固定后置于均相反应仪中，然后在9r/min的转速条件下，于178℃下反应25h；
步骤三：反应结束后将反应釜自然冷却到室温，然后将反应后冷却的产物取出，采用水和醇以抽滤的方式交替清洗4次后收集产物；
步骤四：将收集的产物置于冷冻干燥机的冷井中在-55℃，冷冻4小时，然后将冷冻后的产物置于托盘中，用保鲜膜密封，并对保鲜膜扎孔处理保证对其在低压条件下的充分干燥，再盖上密封罩，抽真空到18pa，干燥14h后收集产物，即可得到薄片自组装微米棒状vs2纳米粉体。
实施例5：
步骤一：取1.1g偏钒酸钠和1.6g硫代乙酰胺同时加入到59ml无水乙醇中，在常温下以600r/min磁力搅拌均匀得到半澄清溶液a；
步骤二：按59％的填充比将溶液a倒入反应内衬中后密封，继而将内衬装于外釜中固定后置于均相反应仪中，然后在10r/min的转速条件下，于182℃下反应23h；
步骤三：反应结束后将反应釜自然冷却到室温，然后将反应后冷却的产物取出，采用水和醇以抽滤的方式交替清洗5次后收集产物；
步骤四：将收集的产物置于冷冻干燥机的冷井中在-40℃，冷冻5小时，然后将冷冻后的产物置于托盘中，用保鲜膜密封，并对保鲜膜扎孔处理保证对其在低压条件下的充分干燥，再盖上密封罩，抽真空到13pa，干燥18h后收集产物，即可得到薄片自组装微米棒状vs2纳米粉体。