[发明专利]一种短棒自组装球状VOOH粉体及其制备方法与应用

说明书

一种短棒自组装球状VOOH粉体及其制备方法与应用，将偏钒酸钠和硫代乙酰胺磁力搅拌下溶解于去离子水中得到溶液A；调节溶液A的pH值，得到溶液B；将溶液B转移到水热反应内衬中水热反应；水热反应结束后烘干得到短棒自组装球状VOOH粉体。短棒自组装球状VOOH粉体具有均匀的三级自组装结构，由超小纳米颗粒自组装成亚微米短棒，亚微米短棒自组装成微米球，VOOH短棒的直径为100～500nm，长度为200～1000nm，由纳米小颗粒组装而成、呈六方状、部分短棒交叉、部分短棒破裂，短棒自组装的球状VOOH直径为2～5μm的球。短棒自组装球状VOOH粉体在钠/锂/镁离子电池、超级电容器及光/电催化领域的应用。

技术领域

本发明涉及一种钒氧化物的制备方法，具体涉及一种短棒自组装球状VOOH粉体及其制备方法和用途。

背景技术

由于其独特的电子和光学特性，具有多变价的钒氧化物已经被广泛认为是一种非常有前景的过渡金属氧化物。目前，大量的学者系统研究了V₂O₅和VO₂，包括它们的合成方法，如反胶束转换法、溶胶-凝胶法、水热法、电沉积法，纳米结构，如纳米管、纳米线、纳米纤维、纳米带、纳米棒和介孔结构，这些使V₂O₅和VO₂在传感器、光学转换器件、光学数据存储媒介和电极材料等领域中得到了广泛应用[Wu C.Z,Xie Y,Lei L.Y,等.Synthesis of New‐Phased VOOH Hollow“Dandelions”and Their Application in Lithium‐Ion Batteries[J].Advanced Materials,2006,18(13):1727-1732.]。

过渡金属钒氧化物的特点引起了人们的广泛关注，这些化合物具有开放式层状结构，层内一般为强烈的共价键，层间为弱的范德华力或氢键，可以嵌入原子或分子，并且V的氧化价态多样(主要在V⁵⁺～V²⁺之间)，具有良好的反应活性，它们之间的能量差异不大，有多种混合价态的金属性化合物存在。与其它正极材料相比，钒氧化物的最大优点是具有较高的比容量，表现出了很强的吸引力，人们已对钒氧化合物V₂O₅、V₆O₁₃、VO₂、V₃O₇、V₆O₁₄、V₄O₉、V₂O₃作为锂离子电池的阴极材料进行了一些研究[陈昌国,刘渝萍,李兰.锂离子电池中钒氧化物电极材料的研究现状[J].无机材料学报,2004,19(6):1225-1230.]。此外，钒氧化物是一种典型的层状结构材料，其离子脱嵌空间大、理论容量高、价格低廉、储量丰富，是非常有前景的电池正极材料，已被广泛研究。钒氧化物具有多变的价态与化合物，通过多电子反应可获得高的存储容量，丰富的层状结构为高容量的钠离子存储提供了可能[魏湫龙,蒋周阳,谭双双,等.钒氧化物纳米材料在钠离子电池中的应用[J].硅酸盐学报,2016,44(5):693-706.]。

然而，目前关于VOOH的报道却很少，已经有的报道也是通过两步法合成中空微球，反应过程较为复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种短棒自组装球状VOOH粉体及其制备方法和用途，制备方法操作简单，通过传统一步水热即可得到、且反应温度低、反应周期短，制得的VOOH粉体化学组分均一、纯度高、形貌均匀且具有自组装结构。

为达到上述目的，本发明采用的制备方法包括：

步骤一：取0.8～1.2g偏钒酸钠和2.8～3.2g硫代乙酰胺磁力搅拌下溶解于55～65ml去离子水中得到溶液A；