[发明专利]一种过渡金属锑硫化物的制备方法

说明书

本发明属于材料合成技术领域，具体为一种过渡金属锑硫化物的制备方法。本发明以无机过渡金属盐、无机锑盐和碱源为原料，通过共沉淀反应制备MSbO_x前驱体；在硫源的存在下，通过气固体反应，在热力学驱动下使S原子扩散入MSbO_x晶格，转变成过渡金属锑硫化物纳米颗粒，记为MSbS。本发明方法产物相纯度高，普适性强，能耗小和工艺简单，克服了传统制备MSbS需要长时间高温硫化的缺点。制备的材料可广泛应用于二次电池、热导材料、光探测器池等领域。

技术领域

本发明属于材料合成技术领域，具体涉及过渡金属锑硫化物的制备方法。

背景技术

过渡金属锑硫化物（记为MSbS），被广泛应用于能源/能量转换领域。Parker等人研究了FeSbS、CoSbS和NiSbS等材料的热电性能，指出过渡金属锑硫化物是极具潜力的能量转化材料（D. Parker, A. F. May, H. Wang, M. A. McGuire, B. C. Sales, D. J.Singh, Physical Review B, 2013, 88(15)）。近年来，CoSbS和CuSbS等的应用逐步拓展至二次电池电极材料领域。Marino等人研究了CuSbS₂的储钠性能：得益于Cu元素的引入，与Sb₂S₃相比较，体积改变可以降至~212％，有效提升了电池循环过程中的稳定性（C. Marino,T. Block, R. Pottgen, C. Villevieille, Journal of Power Sources, 2017, 342,616-622.）。Lee等人将CoSbS与碳材料复合，研究了CoSbS/C的储锂性能。作为锂电池负极材料与锂片组成半电池，在100 mA g^-1的电流密度下循环80圈，容量能够稳定在666 mAh g^-1。（J. O. Lee, J. U. Seo, J. H. Song, C. M. Park, C. K. Lee, Electrochemistry Communications, 2013, 28, 71-74）。

基于上述研究成果，过渡金属锑硫化物是能源领域重要的一类材料，引起了广泛关注。目前制备过渡金属锑硫化物的方法集中在高能球磨混料以后，高温长时间固相烧结。例如：通过球磨计量比的Co，Sb和S粉1小时实现混料，在800 °C氩气氛围下烧结5小时获得斜方晶系的CoSbS；通过球磨计量比的Cu，Sb和S粉33小时实现均匀混料，将其封入石英管内并抽真空，在500 °C温度下保温5天获得CuSbS。此外，Liu等人通过热压法制备了NiSbS和CoSbS：通过球磨计量比的原材料20小时，然后在90 MPa压力和750 °C温度下直流热压制备。（Z. H. Liu, H. Y. Geng, J. Shuai, Z. Y. Wang, J. Mao, D. Z. Wang, Q. Jie,W. Cai, J. H. Sui, Z. F. Ren, Journal of Materials Chemistry C, 2015, 3(40),10442-10450）。这些制备方法都需要引入高能球磨混料，长时间的固相烧结，耗时耗能，不利于控制材料制备与加工的成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺简单、操作方便且具有普适性的过渡金属锑硫化物的制备方法。

本发明提供的过渡金属锑硫化物（MSbS）的制备方法，以无机过渡金属盐、无机锑盐和碱源为原料，通过共沉淀反应制备MSbO_x前驱体；在硫源的存在下，通过气固体反应，在热力学驱动下使S原子扩散入MSbO_x晶格，转变成过渡金属锑硫化物纳米颗粒，记为MSbS；这里M为过渡金属，x的取值范围为3-4。