CN111270089A - 一种介孔锑材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于锑材料的制备及应用技术领域,涉及一种介孔锑材料的制备方法。本发明采用一种新的金属还原合成法,以钠钾合金作金属还原剂,以三氯化锑为前驱体,在室温条件下搅拌,制备介孔锑材料,通过控制反应时间达到调节锑材料孔道结构,提高化学物理性能,该材料可以作为钾离子电池负极材料。
Description
技术领域
本发明属于锑材料的制备及应用技术领域,涉及一种介孔锑材料的制备方法。
背景技术
介孔锑材料具有良好的结构可调性和电化学活性,是其他材料无法比拟的,介孔锑材料具有较高的比表面积和较大的孔体积,在吸附、催化、电学领域得到了广泛应用。
介孔锑材料的合成方法和过程会直接影响材料的结构特征与性能,合成方法和模板剂的选择是决定性的影响因素,反应温度和反应时间也对多孔锑材料的孔道结构有重要的影响。
模板剂是制备介孔锑材料的基本组成部分,前驱体与模板剂通过超分子力或者化学作用形成成介孔结构。模板剂的结构和种类将影响介孔锑材料的孔道结构,因此模板剂的选择和使用是十分重要的。
以三氯化锑为前驱体合成介孔锑材料的过程中,大都需要使用软模板或者硬模板作为结构导向剂,由于选用的化学物质不同,合成参数的不同,合成过程的差异,焙烧温度从400℃到900℃,所得介孔锑材料化学物理性能差别较大,很难满足合成物质的要求,使此类材料的应用受到了很大的局限性
发明内容
本发明的目的是针对上述问题,采用一种新的金属还原合成法,以钠钾合金作金属还原剂,以三氯化锑为前驱体,在室温条件下搅拌,制备介孔锑材料,通过控制反应时间达到调节锑材料孔道结构,提高化学物理性能,该材料可以作为钾离子电池负极材料。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现:
一种介孔锑材料的制备方法,该方法包括的化学物质材料:金属钠、金属钾、三氯化锑、四氢呋喃、盐酸1,4-二氧六环溶液(4M)、乙醇、去离子水;
其组合用量如下:以克、毫升为计量单位,
室温下,在密闭的反应器内,磁力搅拌完成对介孔锑材料的合成;
制备方法包括如下步骤:
(1)配制钠钾合金;(2)合成介孔锑材料;(3)洗涤、抽滤:
(4)真空干燥:干燥后即为介孔锑材料;
(5)检测、分析、表征:对制备的介孔锑体材料的形貌、成分、化学物理性能进行检测、分析、表征。
所述步骤(1)配制钠钾合金:称取金属钠0.2g±0.01g,称取金属钾0.8g±0.02g,搅拌1分钟,配置成钠钾合金;
所述步骤(2)合成介孔锑材料:在氮气保护下,称取三氯化锑0.8g±0.02g,溶解在50mL±2mL四氢呋喃,搅拌5分钟之后加入配置好的钠钾合金,在室温下搅拌还原,反应12小时之后,加入30mL±1mL的盐酸1,4-二氧六环溶液(4M),继续搅拌30分钟,过滤得到固体,得到中间产物;
(3)洗涤、抽滤:
(4)真空干燥:干燥后即为介孔锑材料;
(5)检测、分析、表征:对制备的介孔锑体材料的形貌、成分、化学物理性能进行检测、分析、表征。
步骤(2)具体包括如下:
A、配制混合反应混合物:称取三氯化锑0.8g±0.02g、钠钾合金1.0g±0.03g,量取四氢呋喃50mL±2mL,加入锥形瓶中,成混合反应溶液;
B、开启磁力搅拌,搅拌时间12小时,混合反应溶液进行反应,反应方程式如下:
SbCl3+3Na=3NaCl+Sb
SbCl3+3K=3KCl+Sb
C、反应完成后,加入盐酸1,4-二氧六环溶液(4M)30mL±1mL,室温继续搅拌30分钟,停止搅拌;抽滤:将反应后的混合物置于抽滤瓶的布氏漏斗中,用微孔滤膜进行抽滤,滤膜上留存产物滤饼废液抽至滤瓶中。
所述步骤(3)洗涤、抽滤:将过滤产物置于烧杯中,加入去离子水100mL,搅拌洗涤5分钟;将洗涤液置于抽滤瓶的布氏漏斗中,用微孔滤膜进行抽滤,滤膜上留存产物滤饼,洗涤液抽至滤瓶中,洗涤、抽滤进行2次;将产物滤饼置于烧杯中,加入去离子水100mL,搅拌洗涤5分钟,洗涤、抽滤进行2次;加入乙醇100mL,搅拌洗涤5分钟,洗涤、抽滤进行2次。
所述步骤(4)真空干燥:将洗涤后的产物滤饼置于石英容器中,然后置于真空干燥箱中进行干燥,干燥温度50℃±1℃,真空度50Pa,干燥时间10小时。
上述制备方法制备的介孔锑材料,其可应用于钾离子电池负极材料;
本发明的有益效果:
本发明是以三氯化锑为锑源,以钠钾合金为还原剂,以四氢呋喃为溶剂,经在室温下磁力搅拌,制成反应溶液,经抽滤、洗涤、真空干燥,制成介孔锑材料,此制备方法工艺先进,数据翔实精确,无需额外的模板剂和高温焙烧,大大缩短了制备时间,降低了反应能耗,产物为黑色粉末,具有介孔孔道结构,产物产率高,达89.1%,可作为钾离子电池负极材料,是十分理想的制备介孔锑材料的方法。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解,下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为介孔锑材料合成制备所需玻璃锥形瓶结构示意图;
1、铁夹,2、圆底烧瓶,3、搅拌台,4、固定杆,5、磁力搅拌子,6、塑料胶塞,7、搅拌器座,8、显示屏、9指示灯,10电源开关,11转速调控器。
图2为介孔锑材料的X射线衍射图谱;
图3为介孔锑材料氮气吸附脱附曲线图;
图4为介孔锑材料透射电子显微镜照片;
图5为介孔锑材料作为钾离子电池负极材料的循环性能曲线图。
具体实施方式
实施例1:
下面将参考附图来详细描述本发明的具体实施方式。
图1所示,为介孔锑材料合成制备状态图,按图中所示位置连接,按量配比,按序操作;制备使用的化学物质的量值是按预先设置的范围确定的,以克、毫升为计量单位。
介孔锑材料的合成在玻璃锥形瓶内进行,室温搅拌条件下完成;
如图1,搅拌器为矩形,利用铁夹1将圆底烧瓶2固定在搅拌台3的固定杆4上,磁力搅拌子5置于锥形瓶底部,锥形瓶瓶口用塑料胶塞6密封。在搅拌器座7上设有显示屏8、指示灯9、电源开关10、转速调控器11。
使用的化学物质材料为:金属钠、金属钾、三氯化锑、四氢呋喃、盐酸1,4-二氧六环溶液(4M)、乙醇、去离子水,其组合准备用量如下:以克、毫升为计量单位;
制备方法如下:
(1)精选化学物质材料
对制备使用的化学物质材料进行精选,并进行质量纯度控制:
(2)配制钠钾合金
称取金属钠0.2g±0.01g,称取金属钾0.8g±0.02g,搅拌1分钟,配置成钠钾合金;
(3)合成介孔锑材料
介孔锑材料的合成是氮气保护下进行的,室温下搅拌还原,之后过滤得到固体。
①配制混合反应混合物
称取三氯化锑0.8±0.02g、钠钾合金1.0±0.03g,量取四氢呋喃50mL±2mL;
加入圆底烧瓶中,成混合反应溶液;
②开启磁力搅拌,搅拌时间12小时,混合反应溶液进行反应,反应方程式如下:
SbCl3+3Na=3NaCl+Sb
SbCl3+3K=3KCl+Sb
③反应完成后,加入30mL±1mL盐酸1,4-二氧六环溶液(4M)继续搅拌30分钟,停止搅拌;
(4)抽滤
将反应后的混合物置于抽滤瓶的布氏漏斗中,用微孔滤膜进行抽滤,滤膜上留存产物滤饼,废液抽至滤瓶中;
(5)洗涤、抽滤
将过滤产物置于烧杯中,加入去离子水100mL,搅拌洗涤5分钟;
将洗涤液置于抽滤瓶的布氏漏斗中,用微孔滤膜进行抽滤,滤膜上留存产物滤饼,洗涤液抽至滤瓶中;
洗涤、抽滤进行2次;
将产物滤饼置于烧杯中,加入去离子水100mL,搅拌洗涤5分钟;
加入乙醇100mL,搅拌洗涤5分钟,
洗涤、抽滤进行2次。
(6)真空干燥
将洗涤后的产物滤饼置于石英容器中,然后置于真空干燥箱中进行干燥,干燥温度50℃±1℃,真空度50Pa,干燥时间10小时;
干燥后即为介孔锑材料;
(7)检测、分析、表征
对制备的介孔锑体材料的形貌、成分、化学物理性能进行检测、分析、表征;
用X射线衍射仪进行材料的结构分析;结果如图2所示,为介孔锑材料的X射线衍射图谱,图2中可见,所得材料具有锑的晶体结构。
用氮气物理吸附仪进行材料的孔道结构分析;如图3所示,为介孔锑材料氮气吸附脱附曲线图,图中可见,所得锑材料具有介孔孔道结构。
用透射电子显微镜进行材料的微观结构分析;结果图4所示,为介孔锑材料透射电子显微镜照片,图中可见,所得锑材料具有孔道结构。上述图均用材料工作室软件程序进行图形处理;
(8)钾离子电池性能研究
活性物质、导电碳材料和粘合剂以70:15:15比例职称电极液浆料,均匀的涂覆到铜箔上。电化学性质由CR2016型纽扣电池得到;聚丙烯膜作为隔膜,钾箔用做对电极,将1mol L-1KPF6溶于碳酸二乙酯、碳酸亚乙酯和碳酸二甲酯的混合溶液中(体积比为1:1∶1)和氟代碳酸乙烯酯(FEC,体积分数为10%)作为电解液添加剂,电池在0.01-1.50V的恒定电流下循环。
图5所示,为介孔锑材料作为钾离子电池负极材料的循环性能,图5中可见,所得锑材料在作为钾离子电池负极材料时,表现出较好的电化学性能。
得出的结论为:室温下合成锑材料为黑色粉末,材料具有介孔孔道结构,产物产率为89.1%;
(9)产物储存
对制备的介孔锑材料储存于棕色透明的玻璃容器内,密闭避光保存,要防水、防潮、防晒、防酸碱盐侵蚀,储存温度20℃±2℃,相对湿度≤10%。
尽管以上已经结合本发明的优选实施例示出了本发明,但是本领域的技术人员将会理解,在不脱离本发明的精神和范围的情况下,可以对本发明进行各种修改、替换和改变。因此,本发明不应由上述实施例来限定,而应由所附权利要求及其等价物来限定。
Claims (7)
2.根据权利要求1所述的一种介孔锑材料的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)配制钠钾合金:称取金属钠0.2g±0.01g,称取金属钾0.8g±0.02g,搅拌1分钟,配置成钠钾合金。
3.根据权利要求1所述的一种介孔锑材料的制备方法,其特征在于,所述步骤(2)合成介孔锑材料:在氮气保护下,称取三氯化锑0.8g±0.02g,溶解在50mL±2mL四氢呋喃,搅拌5分钟之后加入配置好的钠钾合金,在室温下搅拌还原,反应12小时之后,加入30mL±1mL的盐酸1,4-二氧六环溶液(4M),继续搅拌30分钟,过滤得到固体,得到中间产物;
(3)洗涤、抽滤:
(4)真空干燥:干燥后即为介孔锑材料;
(5)检测、分析、表征:对制备的介孔锑体材料的形貌、成分、化学物理性能进行检测、分析、表征。
4.根据权利要求3所述的一种介孔锑材料的制备方法,其特征在于,步骤(2)具体包括如下:
A、配制混合反应混合物:称取三氯化锑0.8g±0.02g、钠钾合金1.0g±0.03g,量取四氢呋喃50mL±2mL,加入锥形瓶中,成混合反应溶液;
B、开启磁力搅拌,搅拌时间12小时,混合反应溶液进行反应,反应方程式如下:
SbCl3+3Na=3NaCl+Sb
SbCl3+3K=3KCl+Sb
C、反应完成后,加入盐酸1,4-二氧六环溶液(4M)30mL±1mL,室温继续搅拌30分钟,停止搅拌;抽滤:将反应后的混合物置于抽滤瓶的布氏漏斗中,用微孔滤膜进行抽滤,滤膜上留存产物滤饼废液抽至滤瓶中。
5.根据权利要求1所述的一种介孔锑材料的制备方法,其特征在于,所述步骤(3)洗涤、抽滤:将过滤产物置于烧杯中,加入去离子水100mL,搅拌洗涤5分钟;将洗涤液置于抽滤瓶的布氏漏斗中,用微孔滤膜进行抽滤,滤膜上留存产物滤饼,洗涤液抽至滤瓶中,洗涤、抽滤进行2次;将产物滤饼置于烧杯中,加入去离子水100mL,搅拌洗涤5分钟,洗涤、抽滤进行2次;加入乙醇100mL,搅拌洗涤5分钟,洗涤、抽滤进行2次。
6.根据权利要求1所述的一种介孔锑材料的制备方法,其特征在于,所述步骤(4)真空干燥:将洗涤后的产物滤饼置于石英容器中,然后置于真空干燥箱中进行干燥,干燥温度50℃±1℃,真空度50Pa,干燥时间10小时。
7.一种根据权利要求1所述制备方法制备的介孔锑材料,其特征在于,其可应用于钾离子电池负极材料。
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