[发明专利]一种超细的金属铋纳米材料的制备方法及其应用

说明书

本发明公开一种超细的金属铋纳米材料的制备方法及其应用，将碳化好的木片浸泡在铋盐溶液中，待干燥后，将其两端用银胶固定在导电铜箔上，而后将导电铜箔与直流电源连接，形成闭合回路，利用焦耳加热原理进行快速的高温热冲击反应，最终制备出超细的金属铋纳米材料，能够将其用于钾离子电池负极材料中。本制备方法具有原料成本低廉，合成效率极高，无表面活性剂，环保无污染，能耗低，适合工业化。

技术领域

本发明涉及一种超细的金属铋纳米材料的制备方法，属于纳米材料制备技术领域，主要用于钾离子电池的负极材料。

背景技术

随着世界人口的不断增长和现代工业化的不断发展，人类的生活和发展也遇到了两大难题——环境污染和能源短缺，所以，可持续清洁能源的开发和利用已经激发了世界各国的研究兴趣。可充电二次电池技术的发展是解决上述问题的重要手段。在过去的几十年中，锂离子电池在商业化中实现了前所未有的成功。随着锂资源的不断消耗，锂离子电池的成本也逐渐增高，从而影响了锂离子电池的大规模应用。由于钾接近于锂的低标准氧化还原电位(-2.93V vs.-3.04V)以及钾资源储量丰富，钾离子电池逐渐发展起来，成为最有可能替代锂离子电池的储能技术。在此背景下，纳米材料由于本身独特的性质在能源领域发挥着越来越重要的作用，其中，合金型纳米材料具有导电性高，成本低廉，环境友好，化学活性高等优势，因此，这类材料得到了科学家们广泛的关注。更重要的是，超细的纳米材料有利于钾离子电池发挥出优异的性能。鉴于此，快速高效地制备一种超细的纳米尺寸的纳米材料对于钾离子电池的应用和发展具有极其重要的研究意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种超细的金属铋纳米材料的制备方法，主要用于钾离子电池的负极材料。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现。

一种超细的金属铋纳米材料的制备方法，按照下述步骤进行：

步骤1，将椴木切成薄片并置于马弗炉中进行煅烧，煅烧温度为250—260摄氏度，煅烧时间为4—6小时，再置于惰性保护气氛的管式炉中，在1000±100摄氏度的条件下保温5—10小时，再置于300—350摄氏度的马弗炉中保温1—3小时，随炉冷却至室温20—25摄氏度，得到碳化薄木片；

在步骤1中，将椴木切成薄片，厚度为100—500nm。

在步骤1中，马弗炉为空气气氛。

在步骤1中，惰性保护气氛为氮气、氦气或者氩气。

在步骤1中，将椴木切成薄片并置于马弗炉中进行煅烧，煅烧温度为250—260摄氏度，煅烧时间为5—6小时，再置于惰性保护气氛的管式炉中，在1000±50摄氏度的条件下保温6—8小时，再置于340—350摄氏度的马弗炉中保温2—3小时。

步骤2，将步骤1得到的碳化薄木片浸泡到铋盐水溶液中，以使铋盐负载到碳化薄木片上，得到负载铋盐的碳化薄木片；

在步骤2中，铋盐为Bi(NO₃)₃·5H₂O，浓度为0.05～0.1mol/L。

在步骤2中，浸泡温度为室温20—25摄氏度，浸泡时间为10—20小时，优选12—15小时。

在步骤2中，进行浸泡之后，选择在50—60摄氏度下进行干燥，干燥时间为10—20小时，优选12—15小时。

步骤3，将步骤2得到的负载铋盐的碳化薄木片两端用银胶固定在导电铜箔上，将导电铜箔与直流电源连接，形成闭合回路，此时电场方向与木材中通道方向垂直，利用焦耳加热原理进行快速的高温热冲击反应，以在碳化薄木片中制备出超细的金属铋纳米材料。

在步骤3中，直流电源的电压为1—50V，优选1—10V。

在步骤3中，反应时间为秒级，如5秒以内，优选0.1—1s。