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(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号(43)申请公布日(21)申请号201910038538.4(22)申请日2019.01.16(71)申请人济南大学地址250022山东省济南市市中区南辛庄西路336号(72)发明人魏涛 尹宝熠 王闫锋 郇宇 卢彦谚 (74)专利代理机构济南誉丰专利代理事务所(普通合伙企业)37240代理人李茜(51)Int.Cl.C01G31/02(2006.01)(54)发明名称一种五氧化二钒超长纳米线材料的制备方法及应用(57)摘要本发明提供了一种五氧化二钒超长纳米线材料的制备方法，将偏钒酸铵和二苄基硫醚按照一定的比例溶解于去离子水中，通过水热合成方法得到前驱体溶液，分别用去离子水和无水乙醇洗涤前驱体溶液，在60℃烘箱中烘干，在马弗炉退火制备五氧化二钒超长纳米线材料。本发明方法可以制备纳米线长度为300μm的五氧化二钒材料，可以大幅度提高材料的电导率和提高电化学性能，通过提高材料的比表面积去增大反应的活性位点，其次通过氧空位浓度的提高去提高材料的电导率。本方法制备工艺简单，反应条件容易控制，耗能低，成本低等优点，适于工业化生产。权利要求书1页说明书4页附图2页CN109502645A2019.03.22CN109502645A1.称取0.585 g偏钒酸铵，质量比为0.5 %的0.0029 g二苄基硫醚，溶于30-40 ml去离子水中，搅拌2 h，放入50 ml的反应釜中温度为180-200 ℃，保温时间24-36 h，再通过去离子水和无水乙醇离心洗涤，在60 ℃ 24 h烘干，在马弗炉中氩气气氛下400-500 ℃热处理3-5 h，得到五氧化二钒超长纳米线。（1）称取一定量的偏钒酸铵，二苄基硫醚溶于去离子水中，搅拌2 h。其中去离子水的量为30-40 ml；（2）将步骤（1）所得的溶液移至内衬为聚四氟乙烯的水热反应釜中，在180-200 ℃下，进行水热反应24-36 h。其中水热反应釜的温度为：180-200 ℃，水热时间为：24-36 h；（3）再将水热反应后的产物利用离心机进行固液分离，并用去离子水和乙醇对所得固体产物进行多次洗涤，将所得固体产物放置于干燥箱中，60 ℃干燥；（4）然后置于氧化铝坩埚放入马弗炉，在400-500 ℃下热处理3-5 h，得到五氧化二钒超长纳米线。其中在马弗炉的温度为：400-500 ℃，反应时间为：3-5 h。权 利 要 求 书1/1页2CN109502645A2一种五氧化二钒超长纳米线材料的制备方法及应用技术领域[0001]本发明涉及超级电容器，特别是涉及五氧化二钒超长纳米线及其在超级电容器的应用。背景技术[0002]燃料资源的枯竭和温室气体的排放都会导致对可持续能源的需求增加，可持续的能源例如太阳能，氢能和风能，都是未来解决这些忧虑的有效解决方法。然而，由于大发电量的波动，电能必须有效地储存，以满足对能量的需求。在这些各种各样的能量存储器件中，电池和超级电容器代表两种领先的电化学储能技术。锂离子电池由于高的能量密度被广泛应用于电子器件中。然而，由于电阻损耗电子和离子传输迟缓，电池会在高功率下产生热量并且会在使用过程中产生锂枝晶，这可能导致严重的安全问题。因此科学家们把关注的重点放在了超级电容器方向。但是超级电容器主要的电极材料是碳材料，由于碳材料的能量密度较低，不能满足现在电子器件的需求，因此，研究发展一种高能量密度的电极材料变成现在需要解决的问题。[0003]五氧化二钒材料是一种电化学性能优异的材料，具有理论比容量大、电压窗口宽、能量密度大等优点，但是它的电子导电速率低，离子传输速度慢等缺点限制了其发展，因此需要对五氧化二钒进行改性，为了实现上述目标，科学家们试图使用各种形貌的五氧化二钒来改善电化学性能.1D纳米材料(纳米线(NWs)/nanorods/nanotubes/nanofibers)吸引了广泛的人群的关注，因其独特的功能特征而受到各种兴趣。纳米线是这些结构的其中之一，拥有很多实用的性质，如结晶度，良好控制的尺寸组成和电子径向传输，在电化学储能中纳米线将有助于制造纳米级系统和有用的设备。在过去的几十年中，纳米线在储能中的应用潜力在一直探索中，他们的优势可以部分满足人们对电极材料的期望。纳米线的优点总结如下：1)纳米线提供了一种电子转移的直接途径。2)纳米线提供表面积越大，电极-电解质接触面积越大，充电/放电时间越短。3)纳米线可以适应体积膨胀，抑制晶格塌陷。4)纳米线具有优异的机械柔韧性和杨氏模量，这对于制作微观柔性的电子器件具有重要的意义。[0004]因此在这项研究中，我们通过水热合成的方法制备五氧化二钒超长纳米线材料，并对其微观形貌和电化学性能进行了系统研究，相信通过这种方法为超级电容器产业化发展做出贡献。发明内容[0005]本发明旨在克服现有的技术缺陷和成果限制，提出发展一种五氧化二钒超长纳米线材料的制备方法，通过提高材料的比表面积，使电解液与电极材料更好的接触，提供了更多的活性位点；通过引入氧空位，增加氧空位的浓度，使材料的导电性提高，增加电子和离子的传输速度，增强了器件的赝电容容量，进而提高电容器的能量能量和功率密度。[0006]为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：称取一定量的偏钒酸铵和二苄基硫说 明 书1/4页3CN109502645A3醚，溶于去离子水中，搅拌一定时间，放入反应釜中反应一定温度，再通过去离子水和无水乙醇离心洗涤，烘干，在马弗炉中进行热处理，得到超长纳米线五氧化二钒。本方法工艺简单，所得五氧化二钒超长纳米线能够快速进行充放电反应，电子离子的传输速度更快，具有更好的电化学性能，可用于超级电容器和锂离子电池领域。具体合成步骤如下:称取0.585 g偏钒酸铵，质量比为0.5 %的0.0029 g二苄基硫醚，溶于30-40 ml去离子水中，搅拌2 h，放入50 ml的反应釜中温度为180-200 ℃，保温时间24-36 h，再通过去离子水和无水乙醇离心洗涤，在60 ℃ 24 h烘干，在马弗炉中氩气气氛下400-500 ℃热处理3-5 h，得到五氧化二钒超长纳米线； (1)称取一定量的偏钒酸铵，二苄基硫醚溶于去离子水中，搅拌2 h。其中去离子水的量为30-40 ml；(2)将步骤（1）所得的溶液移至内衬为聚四氟乙烯的水热反应釜中，在180-200 ℃下，进行水热反应24-36 h。其中水热反应釜的温度为：180-200 ℃，水热时间为：24-36 h；(3)再将水热反应后的产物利用离心机进行固液分离，并用去离子水和乙醇对所得固体产物进行多次洗涤，将所得固体产物放置于干燥箱中，60 ℃干燥；(4)然后置于氧化铝坩埚放入马弗炉，在400-500 ℃下热处理3-5 h，得到五氧化二钒超长纳米线。其中在马弗炉的温度为：400-500 ℃，反应时间为：3-5 h。附图说明[0007]图1为V2O5纳米材料的XRD图谱。[0008]图2为V2O5纳米材料的FESEM图。[0009]图3为V2O5纳米材料的TEM图。[0010]图4为V2O5纳米材料的在不同扫速下的循环伏安曲线。[0011]图5为V2O5纳米材料的在不同电流密度下的充放电图。具体实施方式[0012]下面将结合具体实施例对本发明进一步说明，但不限于本发明的保护范围。[0013]实施例1一种五氧化二钒超长纳米线材料的制备方法，以偏钒酸铵，二苄基硫醚为主要原料，通过水热合成方法制得五氧化二钒超长纳米线，包括以下步骤：（1）称取一定量的偏钒酸铵，二苄基硫醚溶于去离子水中，搅拌2 h。其中去离子水的量为40 ml；（2）将步骤（1）所得的溶液移至内衬为聚四氟乙烯的水热反应釜中，在180 ℃下，进行水热反应24 h；（3）再将水热反应后的产物利用离心机进行固液分离，并用去离子水和乙醇对所得固体产物进行多次洗涤，将所得固体产物放置于干燥箱中，60 ℃干燥；（4）然后置于氧化铝坩埚放入马弗炉，在500 ℃下热处理5 h，得到五氧化二钒超长纳米线。[0014]实施例2一种五氧化二钒超长纳米线材料的制备方法，以偏钒酸铵，二苄基硫醚为主要原料，通说 明 书2/4页4CN109502645A4过水热合成方法制得五氧化二钒超长纳米线，包括以下步骤：（1）称取一定量的偏钒酸铵，二苄基硫醚溶于去离子水中，搅拌2 h。其中去离子水的量为30 ml；（2）将步骤（1）所得的溶液移至内衬为聚四氟乙烯的水热反应釜中，在200 ℃下，进行水热反应24 h；（3）再将水热反应后的产物利用离心机进行固液分离，并用去离子水和乙醇对所得固体产物进行多次洗涤，将所得固体产物放置于干燥箱中，60 ℃干燥；（4）然后置于氧化铝坩埚放入马弗炉，在500 ℃下热处理5 h，得到五氧化二钒超长纳米线。[0015]实施例3一种五氧化二钒超长纳米线材料的制备方法，以偏钒酸铵，二苄基硫醚为主要原料，通过水热合成方法制得五氧化二钒超长纳米线，包括以下步骤：（1）称取一定量的偏钒酸铵，二苄基硫醚溶于去离子水中，搅拌2小时。其中去离子水的量为30 ml；（2）将步骤（1）所得的溶液移至内衬为聚四氟乙烯的水热反应釜中，在180 ℃下，进行水热反应36 h；（3）再将水热反应后的产物利用离心机进行固液分离，并用去离子水和乙醇对所得固体产物进行多次洗涤，将所得固体产物放置于干燥箱中，60 ℃干燥；（4）然后置于氧化铝坩埚放入马弗炉，在500 ℃下热处理5 h，得到五氧化二钒超长纳米线。[0016]实施例4一种五氧化二钒超长纳米线材料的制备方法，以偏钒酸铵，二苄基硫醚为主要原料，通过水热合成方法制得五氧化二钒超长纳米线，包括以下步骤：（1）称取一定量的偏钒酸铵，二苄基硫醚溶于去离子水中，搅拌2 h。其中去离子水的量为30 ml；（2）将步骤（1）所得的溶液移至内衬为聚四氟乙烯的水热反应釜中，在180 ℃下，进行水热反应24 h；（3）再将水热反应后的产物利用离心机进行固液分离，并用去离子水和乙醇对所得固体产物进行多次洗涤，将所得固体产物放置于干燥箱中，60 ℃干燥；（4）然后置于氧化铝坩埚放入马弗炉，在300 ℃下热处理5 h，得到五氧化二钒超长纳米线。[0017]实施例5一种五氧化二钒超长纳米线材料的制备方法，以偏钒酸铵，二苄基硫醚为主要原料，通过水热合成方法制得五氧化二钒超长纳米线，包括以下步骤：（1）称取一定量的偏钒酸铵，二苄基硫醚溶于去离子水中，搅拌2 h。其中去离子水的量为30 ml；（2）将步骤（1）所得的溶液移至内衬为聚四氟乙烯的水热反应釜中，在180 ℃下，进行水热反应24 h；（3）再将水热反应后的产物利用离心机进行固液分离，并用去离子水和乙醇对所得固说 明 书3/4页5CN109502645A5体产物进行多次洗涤，将所得固体产物放置于干燥箱中，60 ℃干燥；（4）然后置于氧化铝坩埚放入马弗炉，在500 ℃下热处理3 h，得到五氧化二钒超长纳米线。说 明 书4/4页6CN109502645A6图1图2说 明 书 附 图1/2页7CN109502645A7图3图4图5说 明 书 附 图2/2页8CN109502645A8