CN113929140A - 一种过渡金属掺杂的v6o13纳米带材料及其制备方法和应用 - Google Patents
一种过渡金属掺杂的v6o13纳米带材料及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113929140A CN113929140A CN202111079180.3A CN202111079180A CN113929140A CN 113929140 A CN113929140 A CN 113929140A CN 202111079180 A CN202111079180 A CN 202111079180A CN 113929140 A CN113929140 A CN 113929140A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- doped
- transition metal
- salts
- nanobelt
- water
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 26
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 24
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 title abstract description 14
- 239000002127 nanobelt Substances 0.000 claims abstract description 37
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 34
- GNTDGMZSJNCJKK-UHFFFAOYSA-N divanadium pentaoxide Chemical compound O=[V](=O)O[V](=O)=O GNTDGMZSJNCJKK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 25
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 12
- -1 transition metal salt Chemical class 0.000 claims abstract description 8
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims abstract 5
- PTFCDOFLOPIGGS-UHFFFAOYSA-N Zinc dication Chemical compound [Zn+2] PTFCDOFLOPIGGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 14
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 8
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 3
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 claims description 3
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M Acetate Chemical compound CC([O-])=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 claims description 2
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 claims description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 2
- 239000002074 nanoribbon Substances 0.000 abstract description 22
- 238000003756 stirring Methods 0.000 abstract description 9
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 abstract description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 abstract description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Chemical class [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 37
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 description 16
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 16
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 15
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 9
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 8
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 8
- 238000003760 magnetic stirring Methods 0.000 description 8
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 7
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 7
- 239000010949 copper Chemical class 0.000 description 6
- 239000011701 zinc Chemical class 0.000 description 6
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 5
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 4
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 4
- KBJMLQFLOWQJNF-UHFFFAOYSA-N nickel(ii) nitrate Chemical compound [Ni+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O KBJMLQFLOWQJNF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 4
- 241000282414 Homo sapiens Species 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- ONDPHDOFVYQSGI-UHFFFAOYSA-N zinc nitrate Chemical compound [Zn+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O ONDPHDOFVYQSGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NPYPAHLBTDXSSS-UHFFFAOYSA-N Potassium ion Chemical compound [K+] NPYPAHLBTDXSSS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FKNQFGJONOIPTF-UHFFFAOYSA-N Sodium cation Chemical compound [Na+] FKNQFGJONOIPTF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 1
- XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 238000003889 chemical engineering Methods 0.000 description 1
- UFMZWBIQTDUYBN-UHFFFAOYSA-N cobalt dinitrate Chemical compound [Co+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O UFMZWBIQTDUYBN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001981 cobalt nitrate Inorganic materials 0.000 description 1
- XTVVROIMIGLXTD-UHFFFAOYSA-N copper(II) nitrate Chemical compound [Cu+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O XTVVROIMIGLXTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 238000012983 electrochemical energy storage Methods 0.000 description 1
- 230000005518 electrochemistry Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- MIVBAHRSNUNMPP-UHFFFAOYSA-N manganese(2+);dinitrate Chemical compound [Mn+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O MIVBAHRSNUNMPP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 229910001414 potassium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 229910001415 sodium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 241000894007 species Species 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 description 1
- 229910001428 transition metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001935 vanadium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G31/00—Compounds of vanadium
- C01G31/02—Oxides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G31/00—Compounds of vanadium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G45/00—Compounds of manganese
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G51/00—Compounds of cobalt
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G53/00—Compounds of nickel
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/36—Accumulators not provided for in groups H01M10/05-H01M10/34
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
- H01M4/483—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides for non-aqueous cells
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
- C01P2002/72—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by d-values or two theta-values, e.g. as X-ray diagram
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
- C01P2004/03—Particle morphology depicted by an image obtained by SEM
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
- C01P2004/04—Particle morphology depicted by an image obtained by TEM, STEM, STM or AFM
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/10—Particle morphology extending in one dimension, e.g. needle-like
- C01P2004/17—Nanostrips, nanoribbons or nanobelts, i.e. solid nanofibres with two significantly differing dimensions between 1-100 nanometer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/40—Electric properties
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
- H01M2004/027—Negative electrodes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
本发明公开了一种过渡金属掺杂的V6O13纳米带材料及其制备方法和应用，制备方法是将可溶性过渡金属盐、五氧化二钒、乙醇、过氧化氢和水混合形成反应溶液，搅拌均匀后进行水热反应，得到金属掺杂的V6O13纳米带。此方法无需复杂设备，实验操作简单，易于宏量制备。过渡金属掺杂的V6O13纳米带材料是一种重要的电池电极材料，研究过渡金属掺杂的V6O13纳米带材料有助于实现提高各类型电池电极的电化学性能。
Description
技术领域
本发明属于纳米材料制备技术领域，涉及一种过渡金属掺杂的V6O13纳米带材料及其制备方法和应用，具体的为在能源存储领域的应用。
背景技术
能源危机问题时当代人类面临的一个重大问题，这其中涉及到能源的合理使用和存储。为了合理的存储能源，人们发展了各种电化学能源，包括锂离子电池、钠离子电池、钾离子电池、多价态离子电池等。其中，锌离子电池由于其高理论容量、高安全性及低成本受到了广泛关注。为了提高锌离子电池的容量，众多基于过渡金属的电池材料被开发出来，例如锰基材料、钒基材料等。
基于氧化钒的材料是一类高效的锌离子电池电极材料。这其中，因为金属性和导电性V6O13材料得到了广泛关注。化学工程期刊杂志2021年第411卷128533页曾今报道过V6O13超薄纳米带的合成，其作为锌离子电池阴极材料时展现出良好的电化学性能。然而其作为阴极材料时的效率仍然满足不了人类发展的需要。另一方面，如何发展V6O13材料宏量制备方法，降低V6O13材料的尺寸，进一步提高其作为阴极材料时的电化学性能是电存储领域中的一个重要问题。
发明内容
有鉴于合成V6O13纳米带材料的实际，本发明的目的是提供一种过渡金属掺杂的V6O13纳米带材料及其制备方法和应用。
为了实现本发明的目的，
第一方面，本发明提供了一种过渡金属掺杂的V6O13纳米带材料的制备方法，包括：将可溶性过渡金属盐、五氧化二钒、乙醇、过氧化氢和水混合均匀形成反应溶液，将反应溶液于100 ˚C ~200 ˚C进行水热反应0.5~96 h，即得。
进一步的，还包括产物收集，水洗，醇洗，室温干燥。
在一些实施例中，可溶性过渡金属盐选自可溶性Cr盐、Mn盐、Fe盐、Co盐、Ni盐、Cu盐、Zn盐中的一种或几种；可溶性过渡金属盐的阴离子包括但不限于硝酸根、氯离子、硫酸根、碳酸根、醋酸根中的一种或几种。
在一些实施例中，反应溶液中，加入的钒元素与可溶性过渡金属元素的摩尔比为1~50，优选为12。
在一些实施例中，反应溶液中，五氧化二钒的浓度为0.01~10 g/mL，优选为6 g/L；
在一些实施例中，反应溶液中，过氧化氢的浓度为0 ~150 mL/L，优选为100 mL/L。
在一些实施例中，反应溶液中，加入的水与乙醇溶剂的体积比为0.01~10，优选为1。
在一些实施例中，水热反应反应温度为100 ˚C ~200 ˚C，反应时间为0.5~96 h；优选为160˚C，反应20 h。
在一些实施例中，水洗产物1~3次，醇洗产物1~3次，室温干燥5-24 h，优选为产物水洗2次，醇洗1次，室温干燥24 h。
第二方面，提供所述的方法制备得到的过渡金属掺杂的V6O13纳米带材料。
第三方面，提供所述的过渡金属掺杂的V6O13纳米带材料在锌离子电池能源存储中的应用。
本发明的有益效果：
本发明公开了一种过渡金属掺杂的V6O13纳米带材料的合成方法，将可溶性过渡金属盐、五氧化二钒、乙醇、过氧化氢和水混合形成反应溶液，搅拌均匀后进行水热反应，得到金属掺杂的V6O13纳米带。本发明的制备方法通过调节过渡金属离子的浓度，能够制得的不同掺杂含量的过渡金属掺杂的V6O13纳米带材料，并且，通过改变过渡金属离子的种类来改变材料的催化性能。本发明的制备方法还有利于展开大规模的制备。此方法无需复杂设备，实验操作简单，易于宏量制备。所制备的过渡金属掺杂的V6O13纳米带材料在电化学能源存储方面具有重要应用。
附图说明
图1是本发明实施例1制备的镍掺杂的V6O13纳米带的扫描电镜照片；
图2是本发明实施例1制备的镍掺杂的V6O13纳米带的透射电镜照片；
图3是本发明实施例1制备的镍掺杂的V6O13纳米带的X射线衍射图谱；
图4是本发明实施例1制备的镍掺杂的V6O13纳米带作为锌离子电池阴极材料当电流密度为1 A g-1时的循环性能图；
图5是本发明实施例2制备的镍掺杂的V6O13纳米带作为锌离子电池阴极材料当电流密度为1 A g-1时的循环性能图；
图6是本发明实施例3制备的镍掺杂的V6O13纳米带作为锌离子电池阴极材料当电流密度为1 A g-1时的循环性能图；
图7是本发明实施例4制备的镍掺杂的V6O13纳米带作为锌离子电池阴极材料当电流密度为1 A g-1时的循环性能图；
图8是本发明实施例2、3、4制备的镍掺杂的V6O13纳米带的X射线衍射图谱；
图9是本发明实施例5制备的锰掺杂的V6O13纳米带的透射电镜照片；
图10是本发明实施例5制备的锰掺杂的V6O13纳米带作为锌离子电池阴极材料当电流密度为1 A g-1时的循环性能图；
图11是本发明实施例6制备的钴掺杂的V6O13纳米带的透射电镜照片；
图12是本发明实施例6制备的钴掺杂的V6O13纳米带作为锌离子电池阴极材料当电流密度为1 A g-1时的循环性能图；
图13是本发明实施例7制备的铜掺杂的V6O13纳米带的透射电镜照片；
图14是本发明实施例7制备的铜掺杂的V6O13纳米带作为锌离子电池阴极材料当电流密度为1 A g-1时的循环性能图；
图15是本发明实施例2制备的锌掺杂的V6O13纳米带的透射电镜照片；
图16是本发明实施例2制备的锌掺杂的V6O13纳米带作为锌离子电池阴极材料当电流密度为1 A g-1时的循环性能图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明过渡金属掺杂的V6O13纳米带材料的制备方法做具体说明。
实验中所用药品和试剂均购买自国药集团化学试剂有限公司，水热密闭反应容器为福建盛鑫机械有限公司生产的不锈钢反应釜。
实施例1
镍掺杂V6O13纳米带的制备
将0.300 g五氧化二钒（V2O5，分子量：181.88）、20 mL去离子水、20 mL无水乙醇和41 mg硝酸镍（Ni(NO3)2·6H2O，分子量：290.79）置于100 mL反应釜内，在磁力搅拌上搅拌10min后，量取5 mL过氧化氢溶液（30%）滴加到上述混合溶液中，之后将其密封置于160 ℃的烘箱中加热，进行水热反应，保持20 h；将所得到产物水洗2次，醇洗1次后干燥。
对本发明实施例1制备的镍掺杂V6O13纳米带进行形貌、物相和电化学表征。
参见图1，图1为本发明实施例1制备的镍掺杂的V6O13纳米带的扫描电镜照片。参见图2，图2为本发明实施例1制备的镍掺杂的V6O13纳米带的透射电镜照片。由图1、图2可以看出，制备的镍掺杂的V6O13纳米带的尺寸和厚度非常均一。参见图3，图3为本发明实施例1制备的镍掺杂的V6O13纳米带的X射线衍射图谱。可以看出所制备的产物与V6O13的物相是一致的。图4为本发明实施例1制备的镍掺杂的V6O13纳米带作为锌离子电池阴极材料当电流密度为1 A g-1时的循环性能图。可以看出所制备的镍掺杂的V6O13纳米带电极首圈循环的容量可以达到302.6 mAh g-1，库伦效率可以达到97%，50圈循环后容量仍可以达到279.1 mAh g-1。
实施例2
镍掺杂V6O13纳米带的制备
将0.300 g五氧化二钒（V2O5，分子量：181.88）、20 mL去离子水、20 mL无水乙醇和20.5 mg硝酸镍（Ni(NO3)2·6H2O，分子量：290.79）置于100 mL反应釜内，在磁力搅拌上搅拌10 min后，量取5 mL过氧化氢溶液（30%）滴加到上述混合溶液中，之后将其密封置于160 ℃的烘箱中加热，进行水热反应，保持20 h；将所得到产物水洗2次，醇洗1次后干燥。
对本发明实施例2制备的镍掺杂V6O13纳米带进行电化学表征，参见图5。与实施例1所得样品相比稳定性有所下降。循环100圈，放电容量仅约为250 mAh g-1。
实施例3
镍掺杂V6O13纳米带的制备
将0.300 g五氧化二钒（V2O5，分子量：181.88）、20 mL去离子水、20 mL无水乙醇和82 mg硝酸镍（Ni(NO3)2·6H2O，分子量：290.79）置于100 mL反应釜内，在磁力搅拌上搅拌10min后，量取5 mL过氧化氢溶液（30%）滴加到上述混合溶液中，之后将其密封置于160 ℃的烘箱中加热，进行水热反应，保持20 h；将所得到产物水洗2次，醇洗1次后干燥。
对本发明实施例3制备的镍掺杂V6O13纳米带进行电化学表征，参见图6。与实施例1所得样品相比，容量和稳定性下降明显。
实施例4
镍掺杂V6O13纳米带的制备
将0.300 g五氧化二钒（V2O5，分子量：181.88）、20 mL去离子水、20 mL无水乙醇和123 mg硝酸镍（Ni(NO3)2·6H2O，分子量：290.79）置于100 mL反应釜内，在磁力搅拌上搅拌10 min后，量取5 mL过氧化氢溶液（30%）滴加到上述混合溶液中，之后将其密封置于160 ℃的烘箱中加热，进行水热反应，保持20 h；将所得到产物水洗2次，醇洗1次后干燥。
对本发明实施例4制备的镍掺杂V6O13纳米带进行形貌和电化学表征，参见图7。与实施例1所得样品相比，容量和稳定性下降明显。
对实施例1~4所得样品的X射线衍射谱图进行对比，如图8所示，掺杂后衍射峰有明显偏移。当掺杂量为41 mg时，（001）峰的相对强度最强，此条件下得到样品的电化学性能最佳。
实施例5
锰掺杂V6O13纳米带的制备
将0.300 g五氧化二钒（V2O5，分子量：181.88）、20 mL去离子水、20 mL无水乙醇和41 mg硝酸锰（Mn(NO3)2·6H2O，分子量：287.04）置于100 mL反应釜内，在磁力搅拌上搅拌10min后，量取5 mL过氧化氢溶液（30%）滴加到上述混合溶液中，之后将其密封置于160 ℃的烘箱中加热，进行水热反应，保持20 h；将所得到产物水洗2次，醇洗1次后干燥。
对本发明实施例5制备的锰掺杂V6O13纳米带进行形貌和电化学表征。如图9所示，此时所得产物仍为带状物，长度可达数微米。图10为本发明实施例5制备的锰掺杂的V6O13纳米带作为锌离子电池阴极材料当电流密度为1 A g-1时的循环性能图。可以看出所制备的锰掺杂的V6O13纳米带电极首圈循环的容量可以达到329.3 mAh g-1，库伦效率可以达到99.5%，50圈循环后容量仍可以达到323.5 mAh g-1。
实施例6
钴掺杂V6O13纳米带的制备
将0.300 g五氧化二钒（V2O5，分子量：181.88）、20 mL去离子水、20 mL无水乙醇和41 mg硝酸钴（Co(NO3)2·6H2O，分子量：291.03）置于100 mL反应釜内，在磁力搅拌上搅拌10min后，量取5 mL过氧化氢溶液（30%）滴加到上述混合溶液中，之后将其密封置于160 ℃的烘箱中加热，进行水热反应，保持20 h；将所得到产物水洗2次，醇洗1次后干燥。
对本发明实施例6制备的钴掺杂V6O13纳米带进行形貌和电化学表征。如图11所示，此时所得产物仍为带状物，长度可达数微米。图12为本发明实施例6制备的钴掺杂的V6O13纳米带作为锌离子电池阴极材料当电流密度为1 A g-1时的循环性能图。可以看出，相对于实施例1、5所得产物，本实施例所得产物作为电极材料时容量和稳定性都不佳。
实施例7
铜掺杂V6O13纳米带的制备
将0.300 g五氧化二钒（V2O5，分子量：181.88）、20 mL去离子水、20 mL无水乙醇和41 mg硝酸铜（Cu(NO3)2·3H2O，分子量：241.60）置于100 mL反应釜内，在磁力搅拌上搅拌10min后，量取5 mL过氧化氢溶液（30%）滴加到上述混合溶液中，之后将其密封置于160 ℃的烘箱中加热，进行水热反应，保持20 h；将所得到产物水洗2次，醇洗1次后干燥。
对本发明实施例7制备的铜掺杂V6O13纳米带进行形貌和电化学表征。如图13所示，此时所得产物仍为带状物，长度可达数微米。图14为本发明实施例7制备的铜掺杂的V6O13纳米带作为锌离子电池阴极材料当电流密度为1 A g-1时的循环性能图。可以看出，相对于实施例1、5所得产物，本实施例所得产物作为电极材料时容量不佳。
实施例8
锌掺杂V6O13纳米带的制备
将0.300 g五氧化二钒（V2O5，分子量：181.88）、20 mL去离子水、20 mL无水乙醇和41 mg硝酸锌（Zn(NO3)2·6H2O，分子量：297.49）置于100 mL反应釜内，在磁力搅拌上搅拌10min后，量取5 mL过氧化氢溶液（30%）滴加到上述混合溶液中，之后将其密封置于160 ℃的烘箱中加热，进行水热反应，保持20 h；将所得到产物水洗2次，醇洗1次后干燥。
对本发明实施例8制备的锌掺杂V6O13纳米带进行形貌和电化学表征。如图15所示，此时所得产物仍为带状物，长度可达数微米。图16为本发明实施例8制备的锌掺杂的V6O13纳米带作为锌离子电池阴极材料当电流密度为1 A g-1时的循环性能图。可以看出，相对于实施例1、5所得产物，本实施例所得产物作为电极材料时容量和稳定性都不佳。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种过渡金属掺杂的V6O13纳米带材料的制备方法，其特征在于，包括：
将可溶性过渡金属盐、五氧化二钒、乙醇、过氧化氢和水混合均匀形成反应溶液，将反应溶液于100 ˚C ~200 ˚C进行水热反应0.5~96 h，即得。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，还包括产物收集，水洗，醇洗，室温干燥。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，可溶性过渡金属盐选自可溶性Cr盐、Mn盐、Fe盐、Co盐、Ni盐、Cu盐、Zn盐中的一种或几种；可溶性过渡金属盐的阴离子包括但不限于硝酸根、氯离子、硫酸根、碳酸根、醋酸根中的一种或几种。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，反应溶液中，加入的钒元素与可溶性过渡金属元素的摩尔比为1~50，优选为12。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，反应溶液中，五氧化二钒的浓度为0.01~10 g/mL，优选为6 g/L；
和/或，反应溶液中，过氧化氢的浓度为0 ~150 mL/L，优选为100 mL/L。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，反应溶液中，加入的水与乙醇溶剂的体积比为0.01~10，优选为1。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，水热反应反应温度为100 ˚C ~200 ˚C，反应时间为0.5~96 h；优选为160˚C，反应20 h。
8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，水洗产物1~3次，醇洗产物1~3次，室温干燥5-24 h，优选为产物水洗2次，醇洗1次，室温干燥24 h。
9.权利要求1-8任一项所述的方法制备得到的过渡金属掺杂的V6O13纳米带材料。
10.权利要求9所述的过渡金属掺杂的V6O13纳米带材料在锌离子电池能源存储中的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111079180.3A CN113929140B (zh) | 2021-09-15 | 2021-09-15 | 一种过渡金属掺杂的v6o13纳米带材料及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111079180.3A CN113929140B (zh) | 2021-09-15 | 2021-09-15 | 一种过渡金属掺杂的v6o13纳米带材料及其制备方法和应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113929140A true CN113929140A (zh) | 2022-01-14 |
| CN113929140B CN113929140B (zh) | 2023-05-26 |
Family
ID=79275644
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111079180.3A Active CN113929140B (zh) | 2021-09-15 | 2021-09-15 | 一种过渡金属掺杂的v6o13纳米带材料及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113929140B (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114804204A (zh) * | 2022-06-07 | 2022-07-29 | 烟台大学 | 一种通过溶剂热-碳还原法制备v6o13纳米花球材料的方法 |
| CN116814093A (zh) * | 2023-06-27 | 2023-09-29 | 湖北大学 | 硫脲改性v6o13材料及其制备方法和在锌离子电池中的应用 |
| CN119774657A (zh) * | 2025-03-07 | 2025-04-08 | 中国计量大学 | 一种水系锌离子电池的正极复合材料与电解液及其应用 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2563206A1 (fr) * | 1984-04-24 | 1985-10-25 | Elf Aquitaine | Nouveau procede de synthese de l'oxyde de vanadium |
| CN1369435A (zh) * | 2002-03-22 | 2002-09-18 | 清华大学 | 锂离子电池正极材料球形五氧化二钒和钒酸锂的制备方法 |
| CN102838164A (zh) * | 2012-09-27 | 2012-12-26 | 电子科技大学 | 一种金属离子改性的二氧化钒花状粉末材料的制备方法 |
| CN105018881A (zh) * | 2015-07-09 | 2015-11-04 | 北京理工大学 | 一种含有v6o13晶体的非晶氧化钒薄膜材料和制备方法 |
| CN108975403A (zh) * | 2018-10-26 | 2018-12-11 | 云南大学 | 一种可变组分氧化钒纳米带及其合成方法和应用 |
| CN109052472A (zh) * | 2018-08-13 | 2018-12-21 | 郑州比克电池有限公司 | 一种层状结构v6o13正极材料及其制备方法 |
| CN112499682A (zh) * | 2020-12-09 | 2021-03-16 | 北方民族大学 | 一种v4+自掺杂v2o5纳米线及其制备方法和应用 |
| CN113264555A (zh) * | 2021-04-09 | 2021-08-17 | 南京航空航天大学 | 一种二维v6o13纳米片的制备方法和应用 |
-
2021
- 2021-09-15 CN CN202111079180.3A patent/CN113929140B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2563206A1 (fr) * | 1984-04-24 | 1985-10-25 | Elf Aquitaine | Nouveau procede de synthese de l'oxyde de vanadium |
| CN1369435A (zh) * | 2002-03-22 | 2002-09-18 | 清华大学 | 锂离子电池正极材料球形五氧化二钒和钒酸锂的制备方法 |
| CN102838164A (zh) * | 2012-09-27 | 2012-12-26 | 电子科技大学 | 一种金属离子改性的二氧化钒花状粉末材料的制备方法 |
| CN105018881A (zh) * | 2015-07-09 | 2015-11-04 | 北京理工大学 | 一种含有v6o13晶体的非晶氧化钒薄膜材料和制备方法 |
| CN109052472A (zh) * | 2018-08-13 | 2018-12-21 | 郑州比克电池有限公司 | 一种层状结构v6o13正极材料及其制备方法 |
| CN108975403A (zh) * | 2018-10-26 | 2018-12-11 | 云南大学 | 一种可变组分氧化钒纳米带及其合成方法和应用 |
| CN112499682A (zh) * | 2020-12-09 | 2021-03-16 | 北方民族大学 | 一种v4+自掺杂v2o5纳米线及其制备方法和应用 |
| CN113264555A (zh) * | 2021-04-09 | 2021-08-17 | 南京航空航天大学 | 一种二维v6o13纳米片的制备方法和应用 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| X. WANG ET AL.: ""Constructing ultra-long life and super-rate rechargeable aqueous zincion batteries by integrating Mn doped V6O13 nanoribbons with sulfurnitrogen modified porous carbon"", 《MATERIALS TODAY ENERGY》 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114804204A (zh) * | 2022-06-07 | 2022-07-29 | 烟台大学 | 一种通过溶剂热-碳还原法制备v6o13纳米花球材料的方法 |
| CN114804204B (zh) * | 2022-06-07 | 2023-11-28 | 烟台大学 | 一种通过溶剂热-碳还原法制备v6o13纳米花球材料的方法 |
| CN116814093A (zh) * | 2023-06-27 | 2023-09-29 | 湖北大学 | 硫脲改性v6o13材料及其制备方法和在锌离子电池中的应用 |
| CN119774657A (zh) * | 2025-03-07 | 2025-04-08 | 中国计量大学 | 一种水系锌离子电池的正极复合材料与电解液及其应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113929140B (zh) | 2023-05-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN113929140A (zh) | 一种过渡金属掺杂的v6o13纳米带材料及其制备方法和应用 | |
| CN102044666B (zh) | 一种锂电池用磷酸铁锂复合材料的制备方法 | |
| CN102556941B (zh) | 一种四氧化三钴纳米线阵列、其制备方法以及作为锂离子电池负极的用途 | |
| CN102760873A (zh) | 锌基复杂氧化物/石墨烯复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN106252628B (zh) | 一种氧化锰/石墨烯纳米复合材料的制备方法、锂离子电池负极、锂离子电池 | |
| CN104466105B (zh) | 二硫化钼/聚苯胺复合材料、制备方法及锂离子电池 | |
| CN110212194A (zh) | 一种一维mof@zif核壳结构的制备方法及其应用 | |
| CN108461727A (zh) | 一种石墨烯掺杂过渡金属草酸盐锂离子电池负极材料及其制备方法 | |
| CN109065874B (zh) | 一种MoO3/rGO-N纳米复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN106745323A (zh) | 一种铁硫化合物及其复合材料的制备方法 | |
| CN102437324B (zh) | 一种钴锰复合氧化物纳米粒子的制备方法及该方法制备的钴锰复合氧化物纳米粒子 | |
| CN107768645A (zh) | 一种多孔的氮掺杂碳纳米片复合负极材料及其制备方法 | |
| CN102897739A (zh) | 一种由羟基氧化铁制备电池级磷酸铁材料的新工艺 | |
| CN105742627A (zh) | 一种LiNixCoyMnl-x-yBrzO2-z/石墨烯复合正极材料的制备方法 | |
| CN107162066A (zh) | 一种镍掺杂四氧化三钴纳米花复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN107706394B (zh) | 一种MoO2/Mo4O11混合相纳米电极材料及其制备方法 | |
| CN115159590A (zh) | 一种高熵过渡金属羟基氧化物及其制备方法和应用 | |
| CN110571414B (zh) | 一种钠离子电池负极材料的制备方法 | |
| CN110148763B (zh) | 一种具有中空纳米框架结构的Fe掺杂Mn3O4碳氮材料的制备方法和应用 | |
| CN104201335A (zh) | 纳米片状磷酸铁锂及其制备方法 | |
| CN118335916A (zh) | 一种锌离子电池用阴离子逐级取代尖晶石电极材料及其制备方法 | |
| CN104779386B (zh) | 制备钴酸锰纳米八面体材料及方法 | |
| CN102167399A (zh) | 一种蝴蝶结形三氧化二锑的制备方法 | |
| CN108717970B (zh) | 一种锂离子电池负极材料的制备方法 | |
| CN110416505A (zh) | 一种非晶Fe-Mo-O包裹的Fe2(MoO4)3锂离子电池负极材料及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |