[发明专利]一种超长二氧化钒纳米线薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米复合结构技术领域。具体涉及一种无模板超长二氧化钒纳米线薄膜及其制备方法。

背景技术

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广泛关注。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，从而相比于普通块体材料来说其表现出更加优异的光电化学性能。VO₂是一种具有相变性质的过渡金属氧化物，其相变温度为68℃，由于其较大的理论容量、稳定的化学性能、低成本等特点，并且VO₂具有双层结构[J.F.Liu,Q.H.Li,T.H.Wang,D.P.Yu,Y.D.Li,Angew.Chem.2004,116,5158-5162]，具有优异的嵌锂和脱锂性能[C.J.Niu,J.S.Meng,C.H.Han,K.N.Zhao,M.Y.Yan,L.Q.Mai,Nano.Lett.(2014)DOI:10.1021/nl500915b]，被广泛的应用于智能控温薄膜、锂离子电池、超级电容器材料等领域。而在锂离子电池和超级电容器等领域中，相比于传统的粉体材料来说，由于无需添加额外的非导电的粘结剂，也不需要用于固定和支撑活性物质的集流体，柔性电极材料近些年受到人们广泛关注，VO₂超长纳米线薄膜材料由于其大的比表面积和便捷的电子传递通道以及较好的柔性，在锂离子电池，超级电容器等领域具有广泛的应用前景。一维纳米材料由于其具有较大的比表面积和一维的电子传输通道，从而有利于电解液的流动和离子的迁移，成为锂离子电池和超级电容器最理想的材料之一。

目前有关制备二氧化钒纳米线的方法有一些，涉及的方法主要有化学气相沉积法，水热法等方法，如“二氧化钒纳米线及其制备方法以及使用二氧化钒纳米线的纳米线装置”(201010201121.4)技术，采用二氧化钛为模板，通过化学气相沉积生长二氧化钒纳米线，这种方法生产设备要求高，成本较高，且产率低。如“金红石相二氧化钒纳米线的制备方法及应用”(201010177821.4)专利技术，以偏钒酸钠为钒源，在温度为200-350℃，通过水热反应制备二氧化钒纳米线，其长度范围为1-50μm，这种方法温度较高，耗能量大，且二氧化钒尺寸较短，电子传输能力较差，不利于二氧化钒纳米线薄膜作为柔性电极材料在锂电池以及超级电容器等领域的广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超长二氧化钒纳米线薄膜及其制备方法，该方法简单、工艺可靠；用该方法制备的二氧化钒纳米线薄膜无模板，且尺寸均匀，长度能达到cm级，产率高等优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种超长二氧化钒纳米线薄膜的制备方法，以五氧化二钒为钒源，首先将五氧化二钒溶于双氧水中，所述五氧化二钒与双氧水的质量体积比为0.05-5：0.1-20g/ml，再加入蒸馏水，搅拌时间为0.1-10h，形成橙红色透明溶液；然后将质量体积浓度为1.25-125g/L的草酸溶液加入其中搅拌5min-1h；最后，将混合均匀的上述溶液放入水热釜中，水热温度为80-200℃，水热时间为6-96h，冷却至室温，然后洗涤、真空干燥，最后获得长度达到cm级的二氧化钒超长纳米线薄膜。

上述方案中，所述水热温度为80-120℃，水热时间为96h。

上述方案中，所述水热温度为120-180℃，水热时间为24h。

上述方案中，所述五氧化二钒与草酸的质量比为1:1。

上述方案中，所述草酸溶液的质量体积浓度为1.25-12.5g/L。

上述方案中，所述真空干燥温度60℃，干燥时间为12h。

所述的超长二氧化钒纳米线薄膜的制备方法所制备的超长二氧化钒纳米线薄膜。

上述方案中，所述二氧化钒为B相层状结构，直径为50-200nm，长度为100μm-1cm。

所述的超长二氧化钒纳米线薄膜直接作为柔性电极材料的应用。