一种超长H2V3O8纳米线及其制备方法和应用

本发明涉及纳米线,尤其涉及一种超长h2v3o8纳米线及其制备方法和应用。

背景技术：

1、近年来，纳米材料由于其巨大的科学价值及潜在的应用前景，引起了广大研究者的关注。理论和实验研究表明，相对于块体材料来说，纳米材料表现出更为优越的性能；特别是一维纳米材料如纳米线和纳米管具有一维的电子传输通道，相比于普通块体材料来说其表现出更加优异的电化学性能。具有插层反应的正极材料在锌离子电池(zibs)中占有主导地位，其中层状钒化合物可以作为zibs基于插层反应的有希望的正极材料。

2、氧化钒水合物属于层状钒化合物家族，由于h2v3o8更好地描述了水分子的晶体结构，所以用它代替了v3o7水合物。h2v3o8是由氢键连接的v3o8层组成，每一层由vo6八面体和vo5三角双金字塔组成。vo6八面体与沿c轴堆积的相邻八面体共享边缘，与边缘共享的vo5三角形双锥体共享角落，形成一个平行于(100)平面的层。此外，氢原子与标记为o(6)的氧原子在vo6八面体中结合形成氢键并保持v3o8层，从而产生三维结构(y.oka,t.yao,n.yamamoto,j.solid state chem.1990,89,372)。并且，h2v3o8是v4+/v5+比值为1/2的中间相，具有较高v价(4.67)，比亚稳态的vo2(b)具有更大的理论容量和更好的抗空气氧化能力。与v2o5相比，h2v3o8由于v4+/v5+的混合价态而具有更高的电子导电性(h.li,t.zhai,p.he,y.wang,e.hosono,h.zhou,j.mater.chem.2011,21,1780)。人们认为v3o8层间的弱氢键有利于离子的可逆嵌入/嵌出(q.an,j.sheng,x.xu,q.wei,y.zhu,c.han,c.niu,l.mai,new j.chem.2014,38,2075)。

3、近年来，人们通过多种方法成功制备了一维h2v3o8纳米结构，其电化学动力学确实得到了改善。然而，在随后的快速锌离子嵌入-嵌出过程中，如何获得长期的循环稳定性仍然是一个很大的挑战。因此，研究得到一种提高倍率性能和循环稳定性的h2v3o8纳米线，作为水系锌离子正极材料，具有重要的意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于为了克服现有技术的不足而提供一种超长h2v3o8纳米线及其制备方法和应用。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种超长h2v3o8纳米线的制备方法，包含如下步骤：

4、1)将钒源、还原剂和溶剂混合，得到溶液；

5、2)溶液进行水热反应后顺次进行洗涤、干燥，得到超长h2v3o8纳米线；

6、步骤1)所述还原剂为草酸、柠檬酸、抗坏血酸和苹果酸中的一种或多种。

7、作为优选，步骤1)所述钒源为五氧化二钒、偏钒酸铵、二氧化钒和偏钒酸钠中的一种或多种。

8、作为优选，步骤1)所述钒源和还原剂的摩尔比为1～6：1；钒源和溶剂的质量体积比为0.1～0.8g：30～50ml。

9、作为优选，步骤1)所述溶剂为有机溶剂和水的混合液或水；有机溶剂为酒精、n,n-二甲基甲酰胺、乙二醇和甘油中的一种或多种。

10、作为优选，步骤1)所述混合为钒源和溶剂进行超声混合，得到混合液，混合液和还原剂进行混合；

11、超声混合的功率为300～700w，超声混合的时间为30～45min。

12、作为优选，步骤1)所述混合完成后调节溶液的ph值，溶液ph值调节至1～3。

13、作为优选，步骤2)所述水热反应的温度为180～220℃，水热反应的时间为24～48h。

14、作为优选，步骤2)所述洗涤的试剂为水和无水乙醇；所述干燥的温度为50～70℃，干燥的时间为8～15h。

15、本发明还提供了所述的制备方法制备得到的超长h2v3o8纳米线。

16、本发明还提供了所述的超长h2v3o8纳米线在水系锌离子正极材料中的应用。

17、本发明的有益效果包括：

18、1)本发明的超长h2v3o8纳米线的制备方法具有制备工艺简单、能耗少、时间周期短、过程易于控制、所得产品纯度高等优点。

19、2)水系锌离子用超长h2v3o8纳米线正极材料具有良好的倍率性能，既能满足大容量的要求，又能实现快速充放电，循环稳定性良好。

技术特征：

1.一种超长h2v3o8纳米线的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)所述钒源为五氧化二钒、偏钒酸铵、二氧化钒和偏钒酸钠中的一种或多种。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤1)所述钒源和还原剂的摩尔比为1～6：1；钒源和溶剂的质量体积比为0.1～0.8g：30～50ml。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤1)所述溶剂为有机溶剂和水的混合液或水；有机溶剂为酒精、n,n-二甲基甲酰胺、乙二醇和甘油中的一种或多种。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤1)所述混合为钒源和溶剂进行超声混合，得到混合液，混合液和还原剂进行混合；

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤1)所述混合完成后调节溶液的ph值，溶液ph值调节至1～3。

7.根据权利要求4～6任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤2)所述水热反应的温度为180～220℃，水热反应的时间为24～48h。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤2)所述洗涤的试剂为水和无水乙醇；所述干燥的温度为50～70℃，干燥的时间为8～15h。

9.权利要求1～8任一项所述的制备方法制备得到的超长h2v3o8纳米线。

10.权利要求9所述的超长h2v3o8纳米线在水系锌离子正极材料中的应用。

技术总结
本发明属于纳米线技术领域，本发明提供了一种超长H<subgt;2</subgt;V<subgt;3</subgt;O<subgt;8</subgt;纳米线及其制备方法和应用。将钒源、还原剂和溶剂混合，得到溶液；溶液进行水热反应后顺次进行洗涤、干燥，得到超长H<subgt;2</subgt;V<subgt;3</subgt;O<subgt;8</subgt;纳米线。本发明的超长H<subgt;2</subgt;V<subgt;3</subgt;O<subgt;8</subgt;纳米线的制备方法具有制备工艺简单、能耗少、时间周期短、过程易于控制、所得产品纯度高等优点。水系锌离子用超长H<subgt;2</subgt;V<subgt;3</subgt;O<subgt;8</subgt;纳米线正极材料具有良好的倍率性能，既能满足大容量的要求，又能实现快速充放电，循环稳定性良好。

技术研发人员：陈核章,杨怡,杨彦宁,李甜,欧阳田,唐安平,徐国荣,宋海申
受保护的技术使用者：湖南科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25