CN105261743A - 一种豆荚结构碳包覆三氧化二钒纳米线薄膜及其制备方法 - Google Patents

一种豆荚结构碳包覆三氧化二钒纳米线薄膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明具体涉及一种豆荚结构碳包覆三氧化二钒纳米线薄膜及其制备方法。该方法包括以下步骤：1)制备七氧化三钒纳米线；2)取上述均匀分散液40ml，然后加入50～500mg葡萄糖，搅拌10min，混合均匀，最后将混合均匀的上述溶液倒入水热釜中，将烘箱温度升至180℃，将水热釜放入烘箱保温0.5～5h，水清洗水热后样品，真空抽滤成膜，置于干燥箱中干燥得到碳包覆七氧化三钒纳米线薄膜；3)将干燥成型的样品膜置于管式炉热处理，氩气条件下400～1000℃保温3h，随炉自然冷却至室温，获得豆荚结构碳包覆三氧化二钒纳米线薄膜。本发明的制备工艺可靠，能耗低，产率高，所制备的碳包覆三氧化二钒纳米线分布均匀，豆荚结构明显，长度可控，适用于电化学领域。

Description

一种豆荚结构碳包覆三氧化二钒纳米线薄膜及其制备方法
技术领域
本发明属于纳米复合结构技术领域。具体涉及一种豆荚结构碳包覆三氧化二钒纳米线薄膜及其制备方法。
背景技术
近年来，化石原料的过度消耗带来了前所未有的能源危机以及环境问题。因此人们正努力开发各种新能源和能源存储装置，其中纳米材料表现出巨大的应用前景，受到广大研究者广泛关注。理论和实验研究结果表明，相对于普通粉体材料来说，纳米材料表现出更为优异的性能。特别是一维纳米材料(如纳米线、纳米管、纳米带等)具有一维的电子传输通道，从而相比于普通粉体材料来说，表现出更加优异的光电化学性能。V2O3由于具备较高的比容量、资源丰富以及制备方法简单易得等优点，被广泛的应用于超级电容器、锂离子电池材料等领域。而在锂离子电池和超级电容器等领域中，由于V2O3导电性不好，而且在充放电过程中产生较大的体积膨胀容易导致其结构破坏，使得容量急剧衰减，从而限制了其进一步应用。
另外，柔性电子设备的兴起，引起了人们对柔性储能器件的兴趣，柔性电极是柔性储能器件的关键因素。由于纯三氧化二钒很难得到长纳米线，难以形成柔性的电极膜。
发明内容
本发明旨在克服现有的技术缺陷和成果限制，目的是提供一种方法简单和工艺可靠的豆荚结构碳包覆三氧化二钒纳米线薄及其制备方法，用该方法制备的豆荚结构碳包覆三氧化二钒纳米线薄膜无模板，且尺寸均匀，豆荚结构明显，产率高等优点。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种豆荚结构碳包覆三氧化二钒纳米线薄膜的制备方法，包括以下步骤：
1)制备七氧化三钒纳米线，取50mg样品加入水，搅拌，得到七氧化三钒超长纳米线分散液；2)取上述均匀分散液40ml，然后加入50～500mg葡萄糖，搅拌，混合均匀，最后将混合均匀的上述溶液倒入水热釜中，将烘箱温度升至180℃，将水热釜放入烘箱保温0.5～5h，水清洗水热后样品，真空抽滤成膜，置于干燥箱中干燥得到碳包覆七氧化三钒纳米线薄膜；3)将干燥成型的样品膜置于管式炉热处理，氩气条件下400～1000℃保温3h，随炉自然冷却至室温，获得豆荚结构碳包覆三氧化二钒纳米线薄膜。
上述方案中，所述步骤1)中七氧化三钒纳米线的制备方法具体为：取五氧化二钒黄色粉末0.524g加入水，超声，充分混合均匀形成黄色溶液，然后加入0.1443g二水合草酸白色粉末，搅拌之后，将溶液倒入水热釜中，在烘箱中210℃条件水热72h，最后清洗并干燥所获得的七氧化三钒纳米线。
上述方案中，所述步骤1)中搅拌器的转速为600r/min，搅拌时间为1h。
上述方案中，所述步骤2)置于干燥箱中的干燥温度为60℃，干燥时间为12h以上。
所述的豆荚结构碳包覆三氧化二钒纳米线薄膜的制备方法所制备得到的豆荚结构碳包覆三氧化二钒纳米线薄膜。
上述方案中，该薄膜在长度方向上是由大量的纳米线交织而成，所述纳米线是由碳管包裹多段沿纳米线长度方向延伸的三氧化二钒棒或颗粒所形成的复合长纳米线，所述多段三氧化二钒棒或颗粒的相邻两段之间均具有间隙从而呈现出明显的豇豆荚结构，每段三氧化二钒棒或颗粒的长度为200-500nm；外层碳层的厚度约为10-100nm。
所述的豆荚结构碳包覆三氧化二钒纳米线薄膜在锂离子电池和超级电容器中的应用。
采用上述技术方案，本发明提出一种可靠的豆荚结构碳包覆三氧化二钒纳米线薄膜的制备方法，采用简单的水热方法，从而减少了很多繁杂的工序，由于前驱物五氧化二钒中钒为最高价态，通过草酸还原反应后逐渐转化成两性的七氧化三钒，首先七氧化三钒在水分子插层作用下，形成薄片状，水热过程释放能量，使薄片裂解，最后裂解之后的薄片由于张力作用卷曲，从而形成超长纳米线结构。通过调变葡萄糖的含量和水热时间，可以调变碳包覆七氧化三钒纳米线所包覆葡萄糖聚合物的厚度，通过将葡萄糖聚合物包覆之后的七氧化三钒纳米线薄膜，置于管式炉中，通过氩气退火获得豆荚结构碳包覆三氧化二钒纳米线薄膜。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
1、本发明制备的豆荚结构碳包覆三氧化二钒纳米线，其尺寸分布均匀，通过碳包覆退火后具有明显的豆荚结构，豆荚结构的材料由于具有大的比表面积，能够更好的促进锂离子电池电解液中锂离子的嵌入和脱出。外层的导电层可以提供有效的电子传输路径并且限制内层物质在电解液中的溶解和析出。内层的空间间隙可以有效缓冲内核电极材料在嵌锂/脱锂过程中产生的体积膨胀，从而更好的提高锂离子电池的充放电性能，大大的提升了其比容量和电化学循环稳定性。
2、本发明利用水热法获得的七氧化三钒纳米线，反应过程无额外添加模板，也无需添加额外表面活性剂，获得尺寸均匀的七氧化三钒纳米线，很大程度了节约了成本，且能耗低，产率高。
3、本发明通过调变条件葡萄糖浓度和水热时间可以控制七氧化三钒所包覆的葡萄糖聚合物的厚度，最后达到控制表面碳层的厚度，使其既能改善循环性能，又不影响三氧化二钒电化学活性，使得材料的电化学性能最优化。
4、本发明通过在氩气中退火，将葡萄糖聚合物包覆的七氧化三钒碳化获得豆荚结构碳包覆三氧化二钒，通过碳化之后能获得尺寸均一的豇豆荚结构，有利于电极材料和电解液充分接触以及电化学器件的组装。
5、本发明通过水热法制备的七氧化三钒纳米线，后续经过一系列处理获得柔性豆荚结构碳包覆三氧化二钒纳米线薄膜，相对于粉体电极材料来说，无需添加额外的导电剂和集流体，能够有效提高电化学性能，并且处理工艺可靠，能够大规模生产，具有很好的产业化前景。
因此，本发明将五氧化二钒溶于蒸馏水并加入草酸还原，后续经过一系列处理，实现了获得豆荚结构碳包覆三氧化二钒纳米线薄膜的制备，制备工艺可靠，能耗较低，产率高，用该方法制备的豆荚结构碳包覆三氧化二钒纳米线薄膜，尺寸均匀，豆荚结构明显，产量高，适用于电化学领域。
附图说明
图1为所述豆荚结构碳包覆三氧化二钒纳米线薄膜的扫描电镜高倍和低倍正面图片。
图2为所述豆荚结构碳包覆三氧化二钒纳米线薄膜的X射线衍射图谱。
图3为所述豆荚结构碳包覆三氧化二钒纳米线薄膜的透射电镜正面图片。
图4为所述豆荚结构碳包覆三氧化二钒纳米线薄膜制备成电极材料后，封装成纽扣电池后测试的倍率图。
图5为所述豆荚结构碳包覆三氧化二钒纳米线薄膜制备成电极材料后，封装成纽扣电池后测试的循环图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述，并不构成对其保护范围的限制。
本具体实施方式提出一种工艺可靠的制备豆荚结构碳包覆三氧化二钒纳米线柔性薄膜的方法，利用草酸还原五氧化二钒作为钒源，经过水热可获得尺寸较均匀的七氧化三钒纳米线，极大的减少了成本，然后加入一定质量的葡萄糖溶液搅拌并水热，在七氧化三钒表面聚合一层葡萄糖聚合物薄膜，形成葡萄糖聚合物包覆七氧化三钒纳米线薄膜结构，后续经过在氩气中处理，可获得豆荚结构碳包覆三氧化二钒纳米线薄膜，其尺寸均匀的豆荚结构结构，更利于锂离子的嵌入和脱出，并提供体积缓冲空间，在锂离子电池和超级电容器等方面具有巨大的应用价值，而且其纳米线结构提供了一个超长的一维电子传输通道。
实施例1
一种豆荚结构碳包覆三氧化二钒纳米线薄膜及其制备方法。该制备方法包括以下步骤：首先，取五氧化二钒黄色粉末0.524g加入40ml蒸馏水，超声30min左右，充分混合均匀形成黄色溶液，然后加入0.1443g二水合草酸白色粉末，搅拌10min之后，将溶液水热釜中，在烘箱中210℃条件水热72h，最后清洗并干燥所获得的七氧化三钒纳米线；取50mg样品加入40ml蒸馏水，置于转速为600r/min的搅拌器下，搅拌1h，得到青绿色的七氧化三钒超长纳米线分散液；然后，取上述均匀分散液40ml，然后加入50～200mg葡萄糖，搅拌10min，混合均匀，最后将混合均匀的上述溶液倒入60ml水热釜中，将烘箱温度升至180℃，将水热釜放入烘箱保温0.5～1h，水清洗水热后样品，真空抽滤成膜，置于干燥箱中，干燥温度为60℃，干燥时间为12h，获得碳包覆七氧化三钒纳米线薄膜；将干燥成型的样品膜置于管式炉热处理，Ar条件下400～500℃保温3h，随炉自然冷却至室温，获得豆荚结构碳包覆三氧化二钒纳米线薄膜。
本实施例中：葡萄糖50～200mg，水热保温0.5～1h，Ar条件下400～500℃保温3h。
通过图2豆荚结构碳包覆三氧化二钒纳米线薄膜的X射线衍射对比图谱可以很明显看出，在2θ＝24°附近存在衍射峰，对应碳的信号，由于碳为非定型碳导致其信号比较杂乱，通过比对卡片可知，其他峰位所对应的信号与JCPDS34-0187卡片完全，为三氧化二钒的特征信号。
图1和图3分别为扫描电镜图片和透射电镜图片，可以很明显看出，其豆荚结构碳包覆三氧化二钒纳米线尺寸较长，由于内核物质在高温下部分蒸发，而外部碳层保持了完整纳米线状结构，从而得到豆荚结构，这种结构有利于提高材料的比表面积，为电解液的流动和离子迁移提供了通道，缩短了离子的传输路径，同时空间间隔能够提供V2O3在脱嵌锂过程中发生体积膨胀释放的空间，有利于提高材料的循环稳定性，而且其碳层厚度较薄，大约为10纳米左右，对离子的扩散影响很小，并可以提供导电网络。此外外层碳层对保持完整结构具有重要作用，如果未包覆碳，则退火后不能得到豆荚结构的纳米线。同时由于其纳米线结构，可抽滤成柔性的薄膜，可制成柔性电极材料，相比于之前广泛研究的粉体材料来说，其作为电极材料时，无需添加导电剂，也无需引入外部集流体，直接将其作为电极材料，不仅减少了电极与电解液之间的接触电阻，而且其成本和实验工艺也得到极大程度的改善。
通过实验结果证明，形成豆荚结构碳包覆三氧化二钒纳米线薄膜，能够有效提高电化学性能，图4显示为豆荚结构碳包覆三氧化二钒纳米线薄膜作为电极材料时，当电流密度为0.1A/g时，豆荚结构V2O3C超长纳米线电极的比容量为187mAh/g，当电流密度由0.1A/g增加到1A/g时，V2O3C的比容量仍然有145.2mAh/g，容量保持了77.65％；并且当电流密度重新回到0.1A/g时，豆荚结构的V2O3C比容量又重新回复到185mAh/g，并无明显衰减。图5显示为豆荚结构碳包覆三氧化二钒纳米线薄膜作为电极材料时,在100mA/g的电流密度下充放电循环125次之后，其比容量仍能保持原始的96.4％以上，而且第三次充放电之后库伦效率可达99.5％。
实施例2
一种豆荚结构碳包覆三氧化二钒纳米线薄膜及其制备方法。该制备方法包括以下步骤：首先，取五氧化二钒黄色粉末0.524g加入40ml蒸馏水，超声30min左右，充分混合均匀形成黄色溶液，然后加入0.1443g二水合草酸白色粉末，搅拌10min之后，将溶液水热釜中，在烘箱中210℃条件水热72h，最后清洗并干燥所获得的七氧化三钒纳米线；取50mg样品加入40ml蒸馏水，置于转速为600r/min的搅拌器下，搅拌1h，得到青绿色的七氧化三钒超长纳米线分散液；然后，取上述均匀分散液40ml，然后加入50～200mg葡萄糖，搅拌10min，混合均匀，最后将混合均匀的上述溶液倒入60ml水热釜中，将烘箱温度升至180℃，将水热釜放入烘箱保温1～2.5h，水清洗水热后样品，真空抽滤成膜，置于干燥箱中，干燥温度为60℃，干燥时间为12h，获得碳包覆七氧化三钒纳米线薄膜；将干燥成型的样品膜置于管式炉热处理，Ar条件下400～500℃保温3h，随炉自然冷却至室温，获得豆荚结构碳包覆三氧化二钒纳米线薄膜。
本实施例中：葡萄糖50～200mg，水热保温1～2.5h，Ar条件下400～500℃保温3h。
通过实验结果证明，当电流密度为0.1A/g时，豆荚结构V2O3C超长纳米线电极的比容量为191mAh/g，当电流密度由0.1A/g增加到1A/g时，V2O3C的比容量仍然有143.6mAh/g，容量保持了72.18％；并且当电流密度重新回到0.1A/g时，豆荚结构的V2O3C比容量又重新回复到189mAh/g，并无明显衰减。豆荚结构碳包覆三氧化二钒纳米线薄膜作为电极材料时,在100mA/g的电流密度下充放电循环125次之后，其比容量仍能保持原始的97.1％以上，而且第三次充放电之后库伦效率可达99.8％。
实施例3
一种豆荚结构碳包覆三氧化二钒纳米线薄膜及其制备方法。该制备方法包括以下步骤：首先，取五氧化二钒黄色粉末0.524g加入40ml蒸馏水，超声30min左右，充分混合均匀形成黄色溶液，然后加入0.1443g二水合草酸白色粉末，搅拌10min之后，将溶液水热釜中，在烘箱中210℃条件水热72h，最后清洗并干燥所获得的七氧化三钒纳米线；取50mg样品加入40ml蒸馏水，置于转速为600r/min的搅拌器下，搅拌1h，得到青绿色的七氧化三钒超长纳米线分散液；然后，取上述均匀分散液40ml，然后加入50～200mg葡萄糖，搅拌10min，混合均匀，最后将混合均匀的上述溶液倒入60ml水热釜中，将烘箱温度升至180℃，将水热釜放入烘箱保温1～2.5h，水清洗水热后样品，真空抽滤成膜，置于干燥箱中，干燥温度为60℃，干燥时间为12h，获得碳包覆七氧化三钒纳米线薄膜；将干燥成型的样品膜置于管式炉热处理，Ar条件下500～700℃保温3h，随炉自然冷却至室温，获得豆荚结构碳包覆三氧化二钒纳米线薄膜。
本实施例中：葡萄糖50～200mg，水热保温1～2.5h，Ar条件下500～700℃保温3h。
通过实验结果证明，当电流密度为0.1A/g时，豆荚结构V2O3C超长纳米线电极的比容量为190mAh/g，当电流密度由0.1A/g增加到1A/g时，V2O3C的比容量仍然有143.8mAh/g，容量保持了75.68％；并且当电流密度重新回到0.1A/g时，豆荚结构的V2O3C比容量又重新回复到188mAh/g，并无明显衰减。豆荚结构碳包覆三氧化二钒纳米线薄膜作为电极材料时,在100mA/g的电流密度下充放电循环125次之后，其比容量仍能保持原始的98.2％以上，而且第三次充放电之后库伦效率可达99.8％。
实施例4
一种豆荚结构碳包覆三氧化二钒纳米线薄膜及其制备方法。该制备方法包括以下步骤：首先，取五氧化二钒黄色粉末0.524g加入40ml蒸馏水，超声30min左右，充分混合均匀形成黄色溶液，然后加入0.1443g二水合草酸白色粉末，搅拌10min之后，将溶液水热釜中，在烘箱中210℃条件水热72h，最后清洗并干燥所获得的七氧化三钒纳米线；取50mg样品加入40ml蒸馏水，置于转速为600r/min的搅拌器下，搅拌1h，得到青绿色的七氧化三钒超长纳米线分散液；然后，取上述均匀分散液40ml，然后加入200～350mg葡萄糖，搅拌10min，混合均匀，最后将混合均匀的上述溶液倒入60ml水热釜中，将烘箱温度升至180℃，将水热釜放入烘箱保温1～2.5h，水清洗水热后样品，真空抽滤成膜，置于干燥箱中，干燥温度为60℃，干燥时间为12h，获得碳包覆七氧化三钒纳米线薄膜；将干燥成型的样品膜置于管式炉热处理，Ar条件下500～700℃保温3h，随炉自然冷却至室温，获得豆荚结构碳包覆三氧化二钒纳米线薄膜。
本实施例中：葡萄糖200～350mg，水热保温1～2.5h，Ar条件下500～700℃保温3h。
通过实验结果证明，当电流密度为0.1A/g时，豆荚结构V2O3C超长纳米线电极的比容量为194mAh/g，当电流密度由0.1A/g增加到1A/g时，V2O3C的比容量仍然有143.4mAh/g，容量保持了73.92％；并且当电流密度重新回到0.1A/g时，豆荚结构的V2O3C比容量又重新回复到194mAh/g，并无明显衰减。豆荚结构碳包覆三氧化二钒纳米线薄膜作为电极材料时,在100mA/g的电流密度下充放电循环125次之后，其比容量仍能保持原始的97.8％以上，而且第三次充放电之后库伦效率可达99.8％。
实施例5
一种豆荚结构碳包覆三氧化二钒纳米线薄膜及其制备方法。该制备方法包括以下步骤：首先，取五氧化二钒黄色粉末0.524g加入40ml蒸馏水，超声30min左右，充分混合均匀形成黄色溶液，然后加入0.1443g二水合草酸白色粉末，搅拌10min之后，将溶液水热釜中，在烘箱中210℃条件水热72h，最后清洗并干燥所获得的七氧化三钒纳米线；取50mg样品加入40ml蒸馏水，置于转速为600r/min的搅拌器下，搅拌1h，得到青绿色的七氧化三钒超长纳米线分散液；然后，取上述均匀分散液40ml，然后加入350～500mg葡萄糖，搅拌10min，混合均匀，最后将混合均匀的上述溶液倒入60ml水热釜中，将烘箱温度升至180℃，将水热釜放入烘箱保温1～2.5h，水清洗水热后样品，真空抽滤成膜，置于干燥箱中，干燥温度为60℃，干燥时间为12h，获得碳包覆七氧化三钒纳米线薄膜；将干燥成型的样品膜置于管式炉热处理，Ar条件下500～700℃保温3h，随炉自然冷却至室温，获得豆荚结构碳包覆三氧化二钒纳米线薄膜。
本实施例中：葡萄糖350～500mg，水热保温1～2.5h，Ar条件下500～700℃保温3h。
通过实验结果证明，当电流密度为0.1A/g时，豆荚结构V2O3C超长纳米线电极的比容量为191mAh/g，当电流密度由0.1A/g增加到1A/g时，V2O3C的比容量仍然有150.2mAh/g，容量保持了78.64％；并且当电流密度重新回到0.1A/g时，豆荚结构的V2O3C比容量又重新回复到189mAh/g，并无明显衰减。图5显示为豆荚结构碳包覆三氧化二钒纳米线薄膜作为电极材料时,在100mA/g的电流密度下充放电循环125次之后，其比容量仍能保持原始的96.8％以上，而且第三次充放电之后库伦效率可达99.1％。
实施例6
一种豆荚结构碳包覆三氧化二钒纳米线薄膜及其制备方法。该制备方法包括以下步骤：首先，取五氧化二钒黄色粉末0.524g加入40ml蒸馏水，超声30min左右，充分混合均匀形成黄色溶液，然后加入0.1443g二水合草酸白色粉末，搅拌10min之后，将溶液水热釜中，在烘箱中210℃条件水热72h，最后清洗并干燥所获得的七氧化三钒纳米线；取50mg样品加入40ml蒸馏水，置于转速为600r/min的搅拌器下，搅拌1h，得到青绿色的七氧化三钒超长纳米线分散液；然后，取上述均匀分散液40ml，然后加入350～500mg葡萄糖，搅拌10min，混合均匀，最后将混合均匀的上述溶液倒入60ml水热釜中，将烘箱温度升至180℃，将水热釜放入烘箱保温1～2.5h，水清洗水热后样品，真空抽滤成膜，置于干燥箱中，干燥温度为60℃，干燥时间为12h，获得碳包覆七氧化三钒纳米线薄膜；将干燥成型的样品膜置于管式炉热处理，Ar条件下700～1000℃保温3h，随炉自然冷却至室温，获得豆荚结构碳包覆三氧化二钒纳米线薄膜。
本实施例中：葡萄糖350～500mg，水热保温1～2.5h，Ar条件下700～1000℃保温3h。
通过实验结果证明，当电流密度为0.1A/g时，豆荚结构V2O3C超长纳米线电极的比容量为188mAh/g，当电流密度由0.1A/g增加到1A/g时，V2O3C的比容量仍然有146.1mAh/g，容量保持了77.71％；并且当电流密度重新回到0.1A/g时，豆荚结构的V2O3C比容量又重新回复到184mAh/g，并无明显衰减。豆荚结构碳包覆三氧化二钒纳米线薄膜作为电极材料时,在100mA/g的电流密度下充放电循环125次之后，其比容量仍能保持原始的98.7％以上，而且第三次充放电之后库伦效率可达99.2％。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
1、本发明制备的豆荚结构碳包覆三氧化二钒纳米线，其尺寸分布均匀，通过碳包覆退火后具有明显的豆荚结构，有利于提高材料的比表面积，为电解液的流动和离子迁移提供了通道，缩短了离子的传输路径，同时空间间隔能够提供V2O3在脱嵌锂过程中发生体积膨胀释放的空间，有利于提高材料的循环稳定性，具有优异的电化学性能。
2、本发明利用水热法获得的七氧化三钒纳米线，反应过程无额外添加模板，也无需添加额外表面活性剂，获得尺寸均匀的七氧化三钒纳米线，很大程度了节约了成本，且能耗低，产率高。
3、本发明通过调变条件葡萄糖浓度和水热时间可以控制七氧化三钒所包覆的葡萄糖聚合物的厚度，最后达到控制表面碳层的厚度，在保持完整纳米线节后条件下，使其既能改善循环性能，又不影响三氧化二钒电化学活性，使得材料的电化学性能最优化。
4、本发明通过在氩气中退火，将葡萄糖聚合物包覆的七氧化三钒碳化获得豆荚结构碳包覆三氧化二钒，通过碳化之后能获得尺寸均匀的豆荚结构，有利于电极材料和电解液充分接触以及电化学器件的组装。
5、本发明通过水热法制备的七氧化三钒纳米线，后续经过一系列处理获得柔性豆荚结构碳包覆三氧化二钒纳米线薄膜，相对于粉体电极材料来说，无需添加额外的导电剂和集流体，能够有效提高电化学性能，并且处理工艺可靠，能够大规模生产，具有很好的产业化前景。
因此，本发明将五氧化二钒溶于蒸馏水并加入草酸还原，后续经过一系列处理，实现了获得豆荚结构碳包覆三氧化二钒纳米线薄膜的制备，制备工艺可靠，能耗较低，产率高，用该方法制备的豆荚结构碳包覆三氧化二钒纳米线薄膜，尺寸均匀，豆荚结构明显，产量高，适用于电化学领域。

Claims (7)

1.一种豆荚结构碳包覆三氧化二钒纳米线薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)制备七氧化三钒纳米线，取50mg样品加入水，搅拌，得到七氧化三钒超长纳米线分散液；2)取上述均匀分散液40ml，然后加入50～500mg葡萄糖，搅拌，混合均匀，最后将混合均匀的上述溶液倒入水热釜中，将烘箱温度升至180℃，将水热釜放入烘箱保温0.5～5h，水清洗水热后样品，真空抽滤成膜，置于干燥箱中干燥得到碳包覆七氧化三钒纳米线薄膜；3)将干燥成型的样品膜置于管式炉热处理，氩气400～1000℃保温3h，随炉自然冷却至室温，获得豆荚结构碳包覆三氧化二钒纳米线薄膜。
2.根据权利要求1所述的豆荚结构碳包覆三氧化二钒纳米线薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中七氧化三钒纳米线的制备方法具体为：取五氧化二钒黄色粉末0.524g加入水，超声，充分混合均匀形成黄色溶液，然后加入0.1443g二水合草酸白色粉末，搅拌之后，将溶液倒入水热釜中，在烘箱中210℃条件水热72h，最后清洗并干燥所获得的七氧化三钒纳米线。
3.根据权利要求1所述的豆荚结构碳包覆三氧化二钒纳米线薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中搅拌器的转速为600r/min，搅拌时间为1h。
4.根据权利要求1所述的豆荚结构碳包覆三氧化二钒纳米线薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤2)置于干燥箱中的干燥温度为60℃，干燥时间为12h以上。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的豆荚结构碳包覆三氧化二钒纳米线薄膜的制备方法所制备得到的豆荚结构碳包覆三氧化二钒纳米线薄膜。
6.根据权利要求5所述的豆荚结构碳包覆三氧化二钒纳米线薄膜，其特征在于，该薄膜在长度方向上是由大量的纳米线交织而成，所述纳米线是由碳管包裹多段沿纳米线长度方向延伸的三氧化二钒棒或颗粒所形成的复合长纳米线，所述多段三氧化二钒棒或颗粒的相邻两段之间均具有间隙从而呈现出明显的豇豆荚结构，每段三氧化二钒棒或颗粒的长度为200-500nm；外层碳层的厚度约为10-100nm。
7.根据权利要求5所述的豆荚结构碳包覆三氧化二钒纳米线薄膜在锂离子电池和超级电容器中的应用。
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