一种中空Cu3Mo2O9微米球及其制备方法和应用

本发明属于微纳米合成及锂离子电池储能，具体涉及一种中空cu3mo2o9微米球及其制备方法和应用。

背景技术：

1、目前在本发明属于纳微米材料制备及储能技术领域，具体涉及一种铜基钼酸盐纳微米材料制备方法及应用。锂离子电池具有能量密度高、重量轻、循环寿命长等优点，已广泛应用于便携式电子产品、电动工具、电动汽车等领域。而负极材料作为锂离子电池的关键组成部分，其性能的好坏直接决定了锂离子电池性能的优劣。在过去的几十年里，人们一直致力于合成结构独特的负极材料，以提高其能量密度和安全性。在无机功能材料领域，钼酸盐成本低，理论容量高，价态丰富，导电性高，天然丰富度高等特点，是重要的储能材料。因此被广泛应用于许多前沿领域。

2、cu3mo2o9是钼酸盐中典型代表之一。cu3mo2o9有着优异的充放电稳定性和极高的库仑效率，在电极材料的应用方面具有很大的潜力。目前制备的方法主要有固相烧结、超声煅烧法等。现有利用简单的阳极氧化及高温煅烧法在铜网上合成均匀分布的cu3mo2o9无机纳米半导体材料。还有一种以价格低廉的铜源、钼源作为反应原料，利用超声煅烧法合成了一种cu3mo2o9纳米片阵列材料。以上报道证明了不同微米结构cu3mo2o9在各研究领域都有着广泛应用，但是由于cu3mo2o9材料易团聚的缺点，使其在电池储能领域并未达到理想的倍率及循环性能。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种中空cu3mo2o9微米球及其制备方法和应用，采用甘油辅助溶剂热法及后续简单热处理制备得到一种新型cu3mo2o9微米球结构，用于解决cu3mo2o9材料易团聚及电池储能领域长循环性能差的技术问题。

2、本发明采用以下技术方案：

3、一种中空cu3mo2o9微米球制备方法，以甘油作为表面活性剂，溶解在异丙醇中得到混合溶液a，然后以硝酸铜和乙酰丙酮钼作为反应材料，加入混合溶液a中得到溶液b，基于溶液b采用溶剂热法及热处理工艺制备得到cu3mo2o9微米球。

4、具体的，混合溶液a中，甘油和异丙醇的体积比为1：(6～8)。

5、具体的，将硝酸铜和乙酰丙酮钼加入混合溶液a中，在室温条件下，经磁力搅拌4～8小时至完全溶解，得到溶液b。

6、进一步的，硝酸铜和乙酰丙酮钼的摩尔比为3：2，硝酸铜和乙酰丙酮钼与混合溶液a的质量比为(3～5)：1。

7、具体的，将溶液b放入高压反应釜中，在烘箱中升温加压反应得到的产物c；然后将产物c用乙醇反复离心和洗涤，再进行烘干处理，干燥后得到cumo-甘油前驱体微米球，把合成的cumo-甘油微米球放入空气炉内反应，待反应结束后，冷却至室温得到cu3mo2o9微米球。

8、进一步的，升温加压反应的溶剂热温度为150～200℃，反应时间为8～24h。

9、进一步的，洗涤次数为2～5次。

10、进一步的，设置空气炉的反应温度为500～700℃、升温速率为5℃/min的条件下，反应时间为2～3小时。

11、本发明的第二个技术方案是，一种中空cu3mo2o9微米球。

12、本发明的第三个技术方案是，中空cu3mo2o9微米球应用于锂离子电池负极。

13、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

14、一种中空cu3mo2o9微米球制备方法，以硝酸铜和乙酰丙酮钼作为反应材料、甘油作为表面活性剂，采用溶剂热法及热处理工艺制备出cu3mo2o9微米球材料，该制备方法工艺简单、成本低、可重复性好、产品纯度高。

15、进一步的，甘油和异丙醇的体积比设置为1：(6～8)，是因为异丙醇可以很好的溶解金属盐，而甘油中较大的氢键利于与金属离子形成金属螯合物，如此设置体积比既可以使相溶性更好，又可以有效控制金属离子的成核生长。

16、进一步的，室温条件下磁力搅拌4～8小时至完全溶解得到溶液b，目的是为了让溶质充分的扩散到溶剂中，使金属盐与甘油能够充分的融合，从而降低表面能，形成均一的溶液。

17、进一步的，硝酸铜和乙酰丙酮钼的摩尔比为3:2，为了使溶液与溶质之间有等比例的摩尔质量，以达到最佳效果；而此摩尔比对应生成cu3mo2o9新材料，其他比例可能会生成氧化铜或氧化钼等杂质。和混合溶液a的质量比为5:1～3:1，是因为溶液浓度对于溶剂热高温高压过程中晶体的生长和材料形貌具有极为重要的影响，合适的浓度是生成本方案目标产物和形貌的关键。

18、进一步的，溶液b在高压反应釜中升温加压反应得到cumo-甘油前驱体微米球，是因为该溶剂热法通过在高压反应釜中可以完成介质的流体压强平稳缓冲和气体净化分离配备，高温高压下可利于材料可控合成和晶体有序生长。

19、进一步的，升温加压反应的溶剂热温度为150～200℃，反应时间为8～24h，是因为高压反应釜使用精密的控制系统,可以准确地控制反应中介质的浓度、压力和温度等因素,从而实现可控制的反应；而晶体的生长通常由温度和时间决定，达到某一温度晶体开始生长，随着时间不断成核长大；但温度过高可能会使反应不可控，晶体生长不规则。

20、进一步的，离心洗涤次数设置的目的是为了除去晶体表面的可溶性杂质，得到更纯净的晶体，洗涤过滤所得到的残渣，将有用的物质，如目标产物尽可能洗涤出来，得到纯净的目标产物。

21、进一步的，空气炉中反应温度设置为500～700℃，是因为在高温下灼烧可以使硝酸铜和乙酰丙酮钼更好的分解再反应得到cu3mo2o9微米球；而随着反应温度的升高，由于柯肯达尔效应微米球结构从实心微米球逐渐生长为中空微米球；而温度过高会破坏球体结构成为不规则结构。

22、综上所述，本发明制备方法工艺简单、成本低、可重复性好、产品纯度高。

23、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种中空cu3mo2o9微米球制备方法，其特征在于，以甘油作为表面活性剂，溶解在异丙醇中得到混合溶液a，然后以硝酸铜和乙酰丙酮钼作为反应材料，加入混合溶液a中得到溶液b，基于溶液b采用溶剂热法及热处理工艺制备得到cu3mo2o9微米球。

2.根据权利要求1所述的中空cu3mo2o9微米球制备方法，其特征在于，混合溶液a中，甘油和异丙醇的体积比为1：(6～8)。

3.根据权利要求1所述的中空cu3mo2o9微米球制备方法，其特征在于，将硝酸铜和乙酰丙酮钼加入混合溶液a中，在室温条件下，经磁力搅拌4～8小时至完全溶解，得到溶液b。

4.根据权利要求3所述的中空cu3mo2o9微米球制备方法，其特征在于，硝酸铜和乙酰丙酮钼的摩尔比为3：2，硝酸铜和乙酰丙酮钼与混合溶液a的质量比为(3～5)：1。

5.根据权利要求1所述的中空cu3mo2o9微米球制备方法，其特征在于，将溶液b放入高压反应釜中，在烘箱中升温加压反应得到的产物c；然后将产物c用乙醇反复离心和洗涤，再进行烘干处理，干燥后得到cumo-甘油前驱体微米球，把合成的cumo-甘油微米球放入空气炉内反应，待反应结束后，冷却至室温得到cu3mo2o9微米球。

6.根据权利要求5所述的中空cu3mo2o9微米球制备方法，其特征在于，升温加压反应的溶剂热温度为150～200℃，反应时间为8～24h。

7.根据权利要求5所述的中空cu3mo2o9微米球制备方法，其特征在于，洗涤次数为2～5次。

8.根据权利要求5所述的中空cu3mo2o9微米球制备方法，其特征在于，设置空气炉的反应温度为500～700℃、升温速率为5℃/min的条件下，反应时间为2～3小时。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的中空cu3mo2o9微米球制备方法制备的中空cu3mo2o9微米球。

10.根据权利要求9所述的中空cu3mo2o9微米球应用于锂离子电池负极。

技术总结
本发明公开了一种中空Cu3Mo2O9微米球及其制备方法和应用，以硝酸铜和乙酰丙酮钼作为反应材料、甘油作为表面活性剂，采用溶剂热法及热处理工艺制备出Cu<subgt;3</subgt;Mo<subgt;2</subgt;O<subgt;9</subgt;微米球材料。该制备方法工艺简单、成本低、可重复性好、产品纯度高。Cu<subgt;3</subgt;Mo<subgt;2</subgt;O<subgt;9</subgt;微米球作为锂离子电池负极时，表现极高的储锂比容量和优异的循环稳定性，在0.1A/g电流密度下首次放电比容量高达1002.7mA h/g，100圈循环后其容量仍维持在约850mA h/g。

技术研发人员：王金凯,刘智,孟晓曼,王征宇
受保护的技术使用者：西安建筑科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16