纳米带及其与碳的复合材料的均匀沉淀方法_2

文档序号:8300601阅读:来源:国知局
的铁离子与还原剂的摩尔比为1:0.5?3。
[0021]本发明提供的制备Fe2O3纳米带及其与碳的复合材料的均匀沉淀方法,步骤2)中加入还原剂后,搅拌速度为400?100rmp,反应温度为O?90°C,反应时间为0.1?3h。
[0022]本发明提供的制备Fe2O3纳米带及其与碳的复合材料的均匀沉淀方法,步骤4)中所述的煅烧温度为300?700°C。
[0023]本发明提供的制备Fe2O3纳米带及其与碳的复合材料的均匀沉淀方法,步骤4)中所述的保护性气氛为空气、氧气、氩气、氮气的一种或两种以上。
[0024]本发明提供的制备Fe2O3纳米带及其与碳的复合材料的均匀沉淀方法,所述制备的Fe2O3纳米带及其与碳的复合材料中的Fe2O3质量分数为5%?98%,优选为25%?90%。
[0025]本发明所述方法制备的Fe2O3纳米带及其与碳的复合材料应用于锂离子电池或非对称型超级电容器的电化学储能装置中的负极材料。
[0026]本发明具有的有益效果在于:
[0027]首先,络合剂C2042_与溶液中的反应物Fe3+发生络合反应,当相溶液中加入还原剂时,Fe (III)被还原成Fe (II),并迅速与周围的C2042_发生化合反应,生成FeC2O4沉淀。由于Fe2+离子从溶液内部产出,可以有效避免局部浓度过大的现象,因此,Fe2+离子与溶液中的C2 042_反应均匀地生成了 FeC2O4沉淀,或者是FeC2O4沉淀均匀沉积在碳质材料上,合成了FeC2O4/碳复合材料。其次,C2042_还起到导向剂的作用,促进纳米带状材料的生成。本发明所制备的FeC2O4或FeC2O4/碳复合材料中FeC204均呈纳米带状结构,经煅烧处理后制得了Fe2O3或Fe2O3/碳复合材料。在Fe2O3以及Fe2O3/碳复合材料中Fe2O3保持了其前驱体草酸亚铁的纳米带状结构,且均匀分布于与碳材料上,形成了良好的复合结构。第三,Fe2O3纳米带/碳用作锂离子电池负极材料时,表现出优异的电化学性能。一方面,与微米级的商品Fe2O3相比,Fe2O3纳米带具有更高的电化学活性且具有优良的结构稳定性;另一方面,在复合材料中,碳质材料可以有效缓冲Fe2O3在充放电过程中的体积变化,同时提高了材料的导电性,从而进一步提高了材料的循环性能和倍率性能。最后,本发明的制备方法所需生产设备简单,制备条件温和,工艺简单,周期短,成本低,适合规模化生产。
【附图说明】
[0028]图1为实施例2得到的Fe2O3纳米带/碳X射线衍射图;
[0029]图2为实施例3得到的Fe2O3纳米带/碳的TEM图;
[0030]图3为实施例4得到的Fe2O3纳米带/碳的充放电曲线;
[0031]图4为实施例6得到的Fe2O3纳米带/碳的循环性能曲线;
[0032]图5为实施例8得到的Fe2O3纳米带/碳的倍率性能曲线。
【具体实施方式】
[0033]下面的实施例将对本发明予以进一步的说明,但并不因此而限制本发明。
[0034]实施例1
[0035]首先,分别取0.5g FeCl3.6H20和0.134g草酸钠依次溶解于200mL去离子水中。取0.20g抗坏血酸溶于约5mL去离子水中,然后将抗坏血酸水溶液逐滴滴加到正在搅拌的上述溶液中,滴加完毕后继续搅拌反应约3h。离心分离,利用去离子水将产物洗涤三次,然后置于85°C真空烘箱中干燥制得黄色产物。将所制得的黄色产物置于瓷舟中,在空气气氛中700°C热处理3h,制得最终的产物Fe2O3纳米带。
[0036]实施例2
[0037]首先,取25.0mg碳纳米管(CNTs),将其加入到200mL去离子水中,超声搅拌3h。然后,分别取6.06g Fe (NO3) 3.9H20和6.6g草酸铵依次加入到上述CNTs的分散液中,搅拌使其溶解。取3.52g次亚磷酸钠溶于约1mL去离子水中,然后将次亚磷酸钠水溶液逐滴滴加到正在搅拌的Fe (NO3)3、草酸氨和CNTs的混合液中,滴加完毕后继续搅拌反应约0.5h。离心分离,利用乙醇将产物洗涤三次,然后置于85°C真空烘箱中干燥制得黑色产物。将所制得的黑色产物置于瓷舟中,在空气气氛中250°C热处理3h,制得最终的产物Fe2O3-CNTs复合材料。
[0038]图1为制备得到的Fe2O3/碳的XRD图,从图中可以看到,样品在2 Θ =26.2°的衍射峰对应于CNTs在晶面(002)的衍射峰,且出现了明显的对应于a -Fe2O3相的衍射峰,说明制备得到的样品为Fe2O3和CNTs复合材料。
[0039]实施例3
[0040]首先,取10mg CNTs,将其加入到200mL去离子水中,并利用超声辅助搅拌分散0.5h。然后,分别取0.5g FeCl3*6H20和0.134g草酸钠依次加入到上述CNTs的分散液中,搅拌使其溶解。取0.20g抗坏血酸溶于约5mL去离子水中,然后将抗坏血酸水溶液逐滴滴加到正在搅拌的FeCl3、草酸钠和CNTs的混合液中,滴加完毕后继续搅拌反应约3h。离心分离,利用乙醇将产物洗涤三次,然后置于85°C真空烘箱中干燥制得黑色产物。将所制得的黑色产物置于瓷舟中,在空气气氛中300°C热处理0.5h,后在氩气或氮气气氛下于700°C热处理3h,制得最终的产物Fe2O3-CNTs复合材料。
[0041]图2为制备得到的Fe2O3纳米带/碳的TEM图,从图中可以看到,Fe2O3成纳米带状结构,且平铺在CNTs上,形成了良好的微观复合结构。
[0042]实施例4
[0043]首先,取75mg石墨烯(G0),将其加入到200mL去离子水和乙醇混合中,并利用超声辅助搅拌分散2h。然后,分别取0.80g Fe2(SO4)3.9H20和0.70g草酸依次加入到上述GO的分散液中,搅拌使其溶解。取0.20g硼氢化钠溶于约5mL去离子水中,然后将硼氢化钠水溶液逐滴滴加到正在搅拌的Fe2 (SO4)3、草酸和GO的混合液中,滴加完毕后继续搅拌反应约Ih0离心分离,利用乙醇将产物洗涤三次,然后置于60°C真空烘箱中干燥制得黑色产物。将所制得的黑色产物置于瓷舟中,在空气气氛中300°C热处理lh,制得最终的产物Fe2O3-GO复合材料。
[0044]将制备的Fe203/G0复合材料用作锂离子电池负极材料,与乙炔黑、PVDF按照质量比80:10:10的比例混合得到浆料。将浆料均匀涂覆在铜箔上得到工作电极,以锂片为对电极,Celgard2325聚丙烯膜为隔膜,lMLiPF6/EC+DMC (EC:DMC=1:1)为电解液,在充满氩气的手套箱中组装成纽扣电池。
[0045]将上述电池在Land充放电仪上进行充放电测试。充放电电压范围0.005?3.0V。以10mA.g—1恒流充放电,其首次可逆放、充电比容量分别为1347.8和1033.9mAh g—1。图3为所制备Fe2O3-GO复合材料前两次循环的充放电曲线图。
[0046]实施例5
[0047]首先,取200mg介孔碳,将其加入到200mL去离子水和乙醇混合液中,并采用超声辅助搅拌分散lh。然后,分别取52.5mg Fe (NO3)3.9H20和55mg草酸依次加入到上述介孔碳的分散液中,搅拌使其溶解。取0.30mL水合肼溶液逐滴滴加到正在搅拌的Fe (NO3)3、草酸和介孔碳的混合液中,滴加完毕后继续搅拌反应约lh。离心分离,利用乙醇将产物洗涤三次,然后置于85°C真空烘箱中干燥制得黑色产物。将所制得的黑色产物置于瓷舟中,在空气气氛中300°C热处理lh,制得最终的产物Fe2O3-介孔碳复合材料。
[0048]实施例6
[0049]首先,取50mg碳气凝胶,将其加入到200mL去离子水中,并利用超声辅助搅拌分散3h。然后,分别取0.60g Fe (NO3) 3.9Η20和0.70g草酸钾依次加入到上述碳气凝胶的分散液中,搅拌使其溶解。取0.40g抗坏血酸溶于约5mL去离子水中,然后将抗坏血酸水溶液逐滴滴加到正在搅拌的Fe(NO3)3、草酸和碳气凝胶的混合液中,滴加完毕后继续搅拌反应约3h。离心分离,利用乙醇将产物洗涤三次,然后置于85°C真空烘箱中干燥制得黑色产物。将所制得的黑色产物置于瓷舟中,在空气气氛中于250热处理3h,后置于500°C热处理lh,制得最终的产物Fe
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