[发明专利]一种团簇状四硫化钒纳米短棒的制备方法

说明书

本发明公开了一种团簇状四硫化钒纳米短棒的制备方法，该方法以偏钒酸铵为钒源、硫代乙酰胺为硫源，以去离子水和乙醇混合溶液为溶剂，实现了一步溶剂热法制备出形貌规整、直径为20～40nm、长度为100～300nm的团簇状四硫化钒纳米短棒。本发明反应过程简单，反应条件温和、易控制，不需要大型设备和苛刻的反应条件且不需要添加任何表面活性剂，生成形貌规整、分布均匀的纳米短棒状结构四硫化钒，其作为钠/锂离子电池负极材料时具有较高的放电比容量和优异的循环稳定性(在200mA/g电流密度下循环200圈后，锂离子电池的放电比容量保持为693mAh/g)，表现出优异的电化学储钠/锂性能。

技术领域

本发明属于无机材料技术领域，具体涉及到一种团簇状四硫化钒纳米短棒的制备方法。

背景技术

过渡金属硫化物具有独特的物理化学性质和晶体结构，可以广泛应用于能源领域，使它们成为了一种非常有前景的锂/钠离子电池电极材料。四硫化钒(VS₄)具有特殊的链状结构、较高的理论比容量(1197mAh/g)和优良的电化学可逆性，从而受到研究者们的广泛关注。另外VS₄材料的层间距较大(0.583nm)，其单个原子链仅通过弱的范德华键连接，提供松散的堆叠结构，且原子链之间的开放通道为钠离子的扩散和存储提供了丰富的活性位点。然而，低维VS₄的导电性较差且在反复充放电过程中体积变化剧烈，导致颗粒团聚，容易在集流体上脱落，使得电化学性质变差。为了解决这些问题，目前有效的方法就是进行纳米结构化设计。通过改变硫化钒的形貌可以增大比表面积、缩短电荷传输距离以及增加反应活性位点，从而获得优异的电化学储能性能。因此，探索简单、高效、低成本的方法来制备纳米短棒状结构的VS₄，进而改善其电化学性能具有重要意义。

据相关文献报道，有研究者通过调节溶剂中稀盐酸的使用量，水热反应24～25h制备得到纳米棒状四硫化钒粉体，该纳米棒状四硫化钒粉体是直径为20～60nm、长度为1～2μm的纳米棒状结构。但其存在的缺点是反应时间过长，将其作为锂离子电池的负极材料时电化学阻抗较大、导电率低，放电比容量低和循环稳定性较差。

发明内容

本发明的目的是提供一种操作简单、生产成本低的团簇状四硫化钒纳米短棒的制备方法。

针对上述目的，本发明采用的技术方案由下述步骤组成：

1、将偏钒酸铵和硫代乙酰胺加入去离子水和乙醇的混合溶液中，充分搅拌形成分散均匀的前驱体溶液。

2、将前驱体溶液倒入聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在密闭条件下140～180℃下反应8～24h，反应完后将反应釜自然冷却至室温，离心洗涤、干燥，得到直径为20～40nm、长度为100～300nm的团簇状四硫化钒纳米短棒粉末。

上述步骤1中，所得前驱体溶液中偏钒酸铵的浓度为8～16g/L、硫代乙酰胺的浓度为25～50g/L，优选前驱体溶液中偏钒酸铵的浓度为10～15g/L、硫代乙酰胺的浓度为30～40g/L。

上述步骤1中，所述去离子水和乙醇的体积比为1:2～3:2，优选去离子水和乙醇的体积比为1:1。

上述步骤2中，优选将前驱体溶液按50％～70％的填充比倒入聚四氟乙烯内衬的反应釜中。

上述步骤2中，进一步优选在密闭条件下150～170℃反应10～15h。

上述步骤2中，所述干燥的温度为50～80℃，干燥时间为10～15h。

本发明的有益效果如下：