本发明涉及一种vs2粉体及其制备方法，具体涉及一种超小纳米片自组装花状vs2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等独特的物理化学性质和晶体结构，使它们成为了一种非常有前景的锂/钠离子电池电极材料和光电催化材料[yange,jih,jungy.two-dimensionaltransitionmetaldichalcogenidemonolayersaspromisingsodiumionbatteryanodes.jphyschemc.2015；119:26374-80]。尽管近来的研究已经表明mos2和ws2能够展现出优异的电化学和催化性能，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在电化学反应和催化过程中将展现出优异的电子传输性能。同时，vs2大的层间距和弱的层间范德华力连接不仅有助于存储更多的锂/钠离子，而且有助于锂/钠离子/电子在层间快速传输而不引起严重的结构破坏。此外，相关研究也表明层状vs2具有高的理论容量，大的表面活性，低的离子扩散阻力和低的开路电压。这些特性使vs2成为了一种非常有应用有前景的锂/钠离子负极材料。然而，目前已报到的vs2纳米片的尺度都较大，由其组装的构筑体的尺度更大[吴长征,孙旭,谢毅.一种制备二硫化钒纳米粉体的方法:cn,cn102010004a[p].2011.]，这使得整个粉体的比表面积较小，不利于电化学和催化反应的发生。因此，探索高效、简单和低成本的方法，来制备超小纳米片自组装的小尺度vs2构筑体，利用其独特的晶体结构和微观结构来改善电化学和催化性能是非常有必要，也是非常有意义的。此外，在之前的关于vs2水热/溶剂热合成的报道，使用的溶剂主要为水和乙醇，很少有使用氮甲基吡咯烷酮作为溶剂的报道。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种超小纳米片自组装花状vs2粉体及其制备方法。
为达到上述目的，本发明采用的制备方法为：
步骤一：取0.9～1.1g的偏钒酸钠和3.4～3.8g的硫代乙酰胺同时加入到48～52ml的氮甲基吡咯烷酮中，搅拌均匀得到溶液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，即得到超小纳米片自组装花状vs2粉体。
所述步骤1)的搅拌采用磁力搅拌或超声，并且在常温下进行的，磁力搅拌的转速为400～600r/min。
所述步骤2)溶液a倒入反应内衬的填充比为48～52％。
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超小纳米片自组装花状vs2粉体，该粉体是由均匀的直径为500～800nm的球型花状结构组成，该花状结构是由超小的vs2纳米片自组装而成，纳米片的厚度为8～10nm、直径为100～200nm，层间空间为0.66nm，且纳米片展现出了单晶特性。
按本发明的制备方法制成的超小纳米片自组装花状vs2粉体应用于锂/钠离子电池领域、光/电催化领域。
本发明采用溶剂热法，以氮甲基吡咯烷酮作为溶剂，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、实现了一步法制备超小纳米片自组装花状vs2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，能够通过溶剂的结构调控作用，生成超小、超薄的vs2纳米片，并让纳米片以特定的方式自组装成小尺度花状结构。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)本发明选用氮甲基吡咯烷酮为反应溶剂，通过严格协同控制溶剂的体积、钒源、硫源的浓度及配比、反应温度、反应时间、反应填充比等参数，实现了反应中钒硫存在状态的控制，充分利用氮甲基吡咯烷酮的自模板和诱导作用，最终实现了超小纳米片自组装花状vs2粉体的可控合成；
(5)本发明中溶剂氮甲基吡咯烷酮对于超小纳米片自组装花状vs2粉体起着关键的作用，当将氮甲基吡咯烷酮换作等量的乙醇、乙二醇和丙酮时，并不能合成具有该结构的vs2粉体。
(6)本发明所制备的vs2粉体产物具有独特的显微和晶体结构，即厚度为8～10nm、直径为100～200nm的单晶纳米片(层间距可以达到0.66nm)自组装的直径为500～800nm花状结构，该结构能够极大地提升vs2作为锂/钠离子电池负极材料及光/电催化剂时的电化学性能和催化性能。
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制备产物的透射电镜图。
图5为本发明实施例1制备纳米片厚度方向的高分辨透射电镜图。
图6为本发明实施例1制备纳米片直径方向的高分辨透射电镜图。
图7为本发明实施例1制备纳米片的选区电子衍射图。
图8为将本发明实施例1中的氮甲基吡咯烷酮替换为等量的乙醇后所得产物的扫描电镜图。
图9为将本发明实施例1中的氮甲基吡咯烷酮替换为等量的乙二醇后所得产物的扫描电镜图。
图10为将本发明实施例1中的氮甲基吡咯烷酮替换为等量的丙酮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的偏钒酸钠和3.6g的硫代乙酰胺同时加入到50ml的氮甲基吡咯烷酮中，在常温下以500r/min的转速磁力搅拌均匀得到溶液a；
步骤二：按50％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-50℃，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15pa，干燥15h后收集产物，即得到超小纳米片自组装花状vs2粉体。
从图1中可以清楚的看到所有的衍射峰能够很好地匹配vs2的标准卡片pdf#89-1640，说明合成的产物为vs2。值得注意的是，(001)衍射峰是非常弱的，预示着vs2纳米片具有较小的厚度。
从图2中可以看出，所得产物是由均匀的直径为500～800nm的球型花状结构组成，且该花状结构是由超小的vs2纳米片自组装而成。
从图3中可以看出，纳米片的厚度为8～10nm、直径为100～200nm。
从图4中可以看出，该花状结构为实心结构。同时，可以进一步确定花状结构的直径为500～800nm。
从图5中可以看出，纳米片的厚度方向是由(001)晶面规则排列组成，其晶面间距可以达到0.66nm，作为锂/钠离子存储和扩散的通道，有利于锂/钠离子的存储和扩散。
从图6中可以看出，纳米片的直径方向主要是由(011)晶面规则排列组成，意味该纳米片展现出了单晶特性。
从图7中可以清楚的看到部分衍射点，更充分地说明该vs2纳米片为单晶纳米片。
从图8中可以清楚地看到，所得产物为纳米片自组装的vs2微米棒结构，纳米片和微米棒都表现出了较大的尺度。
从图9中可以清楚地看到，所得产物为较小的vs2纳米片和较大的s单质混合物，并不能得到纯相的vs2纳米片。
从图10中可以清楚地看到，所得产物仍然为微米带状navo3，钒源和硫源并没有反应，更没有vs2的合成。
实施例2：
步骤一：取0.9g的偏钒酸钠和3.4g的硫代乙酰胺同时加入到48ml的氮甲基吡咯烷酮中，在常温下以400r/min的转速磁力搅拌均匀得到溶液a；
步骤二：按49％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-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12pa，干燥18h后收集产物，即得到超小纳米片自组装花状vs2粉体。
实施例3：
步骤一：取1.1g的偏钒酸钠和3.8g的硫代乙酰胺同时加入到52ml的氮甲基吡咯烷酮中，在常温下以600r/min的转速磁力搅拌均匀得到溶液a；
步骤二：按52％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-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20pa，干燥12h后收集产物，即得到超小纳米片自组装花状vs2粉体。
实施例4：
步骤一：取0.95g的偏钒酸钠和3.7g的硫代乙酰胺同时加入到49ml的氮甲基吡咯烷酮中，在常温下采用超声分散均匀得到溶液a；
步骤二：按48％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183℃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18pa，干燥14h后收集产物，即得到超小纳米片自组装花状vs2粉体。
实施例5：
步骤一：取1.05g的偏钒酸钠和3.5g的硫代乙酰胺同时加入到51ml的氮甲基吡咯烷酮中，在常温下采用超声分散均匀得到溶液a；
步骤二：按51％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178℃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16pa，干燥15h后收集产物，即得到超小纳米片自组装花状vs2粉体。