堿式釩酸鈷微米片材料及其制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種堿式釩酸鈷微米片材料及其制備方法，屬于新能源材料領(lǐng)域，其化學組成為Co

Cobalt vanadium cobalt micro film material and preparation method thereof

The invention discloses a cobalt vanadium cobalt micro slice material and a preparation method thereof, belonging to the field of new energy materials, wherein the chemical composition is Co

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
堿式釩酸鈷微米片材料及其制備方法
本專利技術(shù)屬于無機材料及其制備方法領(lǐng)域，具體涉及一種具有六邊形片狀形貌的堿式釩酸鈷微米片材料及其制備方法。
技術(shù)介紹
釩酸鈷是一種化學穩(wěn)定性優(yōu)良、耐熱性及結(jié)晶性能良好的無機化合物，具有良好的光學、電化學及催化特性，在光學器件、鋰離子電池、電化學傳感器及催化領(lǐng)域具有很好的應用前景，引起了人們的廣泛研究興趣。根據(jù)材料中Co、V、O比例不同，可以得到多種具有不同的組成、結(jié)構(gòu)的釩酸鈷材料。目前，關(guān)于釩酸鈷材料方面的研究，其組成主要包括Co2V2O7、CoV2O6、Co3V2O8等。其中，關(guān)于堿式釩酸鈷納/微米材料的研究報道較少。近年來，隨著納/微米技術(shù)的快速發(fā)展，具有規(guī)則的二維結(jié)構(gòu)的片狀、層狀結(jié)構(gòu)的材料由于具有獨特的光學、力學、電磁學與氣敏等特性，在軍事、重工業(yè)、輕工業(yè)、石化等領(lǐng)域表現(xiàn)出了廣泛的應用前景，逐漸引起了研究人員的廣泛關(guān)注，使其成為目前國際上一個重要的前沿研究領(lǐng)域，然而，現(xiàn)有技術(shù)尚未報道具有規(guī)則的二維片狀結(jié)構(gòu)的Co3(OH)2V2O7·2H2O材料。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)要解決的技術(shù)問題是提供一種堿式釩酸鈷微米片的制備方法，其采用一步水熱法、無需使用任何表面活性劑，制備了具有規(guī)則六邊形結(jié)構(gòu)的堿式釩酸鈷微米片，工藝簡單、操作方便。為解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案是：一種堿式釩酸鈷微米片的制備方法，采用一步水熱反應，具體包括以下步驟：①將乙酸鈷和偏釩酸銨按Co:V摩爾比為1:1~2配制成混合溶液；②將所述混合溶液攪拌均勻后于150~180℃反應2~24h，得粗產(chǎn)品的懸浮液；③將所述粗產(chǎn)品的懸浮液冷卻至室溫，過濾、洗滌、干燥，得堿式釩酸鈷微米片材料。所述堿式釩酸鈷微米片為六邊形結(jié)構(gòu)，邊長為4-8μm，厚度為0.5~2μm，化學組成為Co3(OH)2V2O7·2H2O。優(yōu)選的，步驟②中將所述混合溶液攪拌均勻后轉(zhuǎn)入水熱反應釜中，密封后于150~180℃反應2~24h。優(yōu)選的，步驟②中反應溫度為160~180℃。雖然水熱反應是比較成熟的材料合成方法，但是不同的起始原料和配比以及不同的反應條件和反應介質(zhì)，本領(lǐng)域技術(shù)人員無法預料其生成產(chǎn)物的組成、結(jié)構(gòu)和形貌，更無法預料不同形貌和結(jié)構(gòu)的釩酸鈷對鋰離子電池電化學性能的影響。上述技術(shù)方案采用一步水熱法，制備了化學組成為Co3(OH)2V2O7·2H2O的堿式釩酸鈷微米片，在水熱反應過程中鈷、釩、氧在分子水平上混合，合成產(chǎn)物純度高，方法簡單、容易控制，該反應中無需添加任何表面分散劑，符合綠色清潔生產(chǎn)的要求；pH值對生產(chǎn)設(shè)備無腐蝕，適于工業(yè)化生產(chǎn)。所制備的堿式釩酸鈷微米片為六邊形結(jié)構(gòu)，邊長為4-8μm，厚度為0.5~2μm，化學組成為Co3(OH)2V2O7·2H2O。該反應中乙酸鈷的濃度優(yōu)選0.01~0.5mol/L，反應溫度優(yōu)選160~180℃。采用上述技術(shù)方案產(chǎn)生的有益效果在于：（1）本專利技術(shù)首次制備了具有六邊形結(jié)構(gòu)的堿式釩酸鈷微米片，豐富了材料領(lǐng)域，并為光學、電學、磁學、半導體等領(lǐng)域提供了新的材料；（2）初步研究了該堿式釩酸鈷微米片作為鋰離子二次電池負極材料的電化學性質(zhì)，結(jié)果表明其具有較高的放電容量，是一種具有潛在應用價值的鋰離子二次電池負極材料；（3）本專利技術(shù)采用一步水熱法、濕法合成，反應條件溫和，工藝簡單、條件可控、適宜批量生產(chǎn)，為應用研究奠定良好技術(shù)基礎(chǔ)。附圖說明圖1為依實施例1制得的堿式釩酸鈷微米片的XRD譜圖；圖2為依實施例1制得的堿式釩酸鈷微米片的掃描電鏡照片；圖3為依實施例1制得的堿式釩酸鈷微米片的EDS元素面分布圖；圖4為依實施例1制得的堿式釩酸鈷微米片的熱重分析圖；圖5為依實施例2制得的堿式釩酸鈷微米片XRD譜圖；圖6為依實施例2制得的堿式釩酸鈷微米片的掃描電鏡照片；圖7為依實施例3制得的堿式釩酸鈷微米片的XRD譜圖；圖8為依實施例4制得的堿式釩酸鈷微米片的掃描電鏡照片；圖9為依實施例1制得的堿式釩酸鈷微米片在電流密度50mA/g，電壓范圍為0.01-3.2V的條件下循環(huán)性能圖，其中橫坐標表示循環(huán)周數(shù)，縱坐標表示放電容量。具體實施方式實施例1在室溫下，分別將2mmol的偏釩酸銨溶解至8mL蒸餾水中，將1mmol的乙酸鈷溶解至8mL蒸餾水中，在磁力攪拌作用下，將偏釩酸銨溶液滴加至乙酸鈷溶液中，滴加完畢后繼續(xù)攪拌10min，之后轉(zhuǎn)入25mL的水熱反應釜內(nèi)，密封后將其置于恒溫箱中并于180℃水熱反應6h，反應完畢后冷卻至室溫，用去離子水及無水乙醇分別離心分離洗滌5次，將所得沉淀置于烘箱中80℃干燥8h，得到產(chǎn)物。將上述產(chǎn)物進行X射線衍射（XRD）分析，圖1為XRD譜圖。產(chǎn)物衍射峰與現(xiàn)有JCPDS-ICDD數(shù)據(jù)庫中含Co、V、O、H的物質(zhì)沒有相匹配的，但衍射峰的強度及位置與Zn3(OH)2V2O7·2H2O標準卡片（JCPDS-ICDDNo.50-570）完全吻合，且沒有雜相衍射峰，由于Co2+的離子半徑(72pm)與Zn2+的離子半徑(74pm)十分相似，因此判斷產(chǎn)物是與Zn3(OH)2V2O7·2H2O具有相同晶體結(jié)構(gòu)的Co3(OH)2V2O7·2H2O。圖2為掃描電鏡分析圖，表明產(chǎn)物具有六邊形的片狀結(jié)構(gòu)，厚度為1μm左右，邊長為4-6μm。為了進一步證實產(chǎn)物的組成，對產(chǎn)物進行了EDS分析及熱重（TG）分析。圖3為產(chǎn)物的EDS元素面分布圖，從圖中可以證實產(chǎn)物中含有Co、V、O元素，并且產(chǎn)物中的Co、V、O元素分布均勻。圖4為產(chǎn)物的TG數(shù)據(jù)，從室溫加熱至600℃，TG曲線上有兩個明顯的失重過程，第一個失重過程發(fā)生在30~300℃，失重比約為7.60%，該過程對應于Co3(OH)2V2O7·2H2O的兩個結(jié)晶水分子的脫除。第二個失重過程發(fā)生在300~600℃，失重比約為3.77%，對應于一個水分子脫除，該水分子源于Co3(OH)2V2O7·2H2O分子中兩個氫氧根的脫除，兩個平臺共計失重共計約11.37%。計算表明：Co3(OH)2V2O7·2H2O脫除3個H2O分子的理論失重為11.73%，與TG測試結(jié)果基本吻合，結(jié)合EDS元素分析及熱重分析數(shù)據(jù)可以證實產(chǎn)物為Co3(OH)2V2O7·2H2O。實施例2在室溫下，將1.8mmol的偏釩酸銨溶解至14mL蒸餾水中，將1mmol的乙酸鈷溶解至2mL蒸餾水中，在磁力攪拌作用下，將偏釩酸銨溶液滴加至乙酸鈷溶液中，攪拌10min，之后轉(zhuǎn)入20mL的水熱反應釜內(nèi)，密封后將其置于恒溫箱中180℃水熱反應12h，反應完畢后冷卻至室溫，用去離子水及無水乙醇分別離心分離洗滌5次后，置于烘箱中于80℃干燥12h，得到堿式釩酸鈷微米片材料。將上述產(chǎn)物進行X射線衍射（XRD）分析，圖5為XRD譜圖，其XRD圖譜與實施例1中的相同，基于實施例1相同的分析，其產(chǎn)物為Co3(OH)2V2O7·2H2O。圖6為掃描電鏡分析圖，表明產(chǎn)物具有六邊形的片狀結(jié)構(gòu)，厚度為1-2μm左右。實施例3在室溫下，將1mmol的偏釩酸銨溶解至14mL蒸餾水中，將0.5mmol的乙酸鈷溶解至2mL蒸餾水中，在磁力攪拌作用下，將偏釩酸銨溶液滴加至乙酸鈷溶液中，滴加完畢后繼續(xù)攪拌10min，之后轉(zhuǎn)入20mL的水熱反應釜內(nèi)，密封后將其置于恒溫箱中160℃水熱反應6h，反應完畢后冷卻至室溫，用去離子水及無水乙醇分別離心分離洗滌本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種堿式釩酸鈷微米片的制備方法，采用一步水熱反應，其特征在于具體包括以下步驟：①將乙酸鈷和偏釩酸銨按Co:V摩爾比為1:1~2配制成混合溶液；②將所述混合溶液攪拌均勻后于150~180℃反應2~24h，得粗產(chǎn)品的懸浮液；③將所述懸浮液冷卻至室溫，過濾、洗滌、干燥，得堿式釩酸鈷微米片材料。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種堿式釩酸鈷微米片的制備方法，采用一步水熱反應，其特征在于具體包括以下步驟：①將乙酸鈷和偏釩酸銨按Co:V摩爾比為1:1~2配制成混合溶液；②將所述混合溶液攪拌均勻后于150~180℃反應2~24h，得粗產(chǎn)品的懸浮液；③將所述懸浮液冷卻至室溫，過濾、洗滌、干燥，得堿式釩酸鈷微米片材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的堿式釩酸鈷微米片的制備方法，其特征在于所述堿式釩酸鈷微米片為六邊形結(jié)構(gòu)，邊長為4-8μm，厚度為0.5~2μm，化學組成為Co3(OH)2V2O7·2H2O。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的堿式釩酸鈷微米片的制備方法，其特征在于步驟②中...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張紹巖，鄖海麗，高巖磊，侯夢華，候玲玲，
申請(專利權(quán))人：石家莊學院，
類型：發(fā)明
國別省市：河北,13