阅读说明：本技术 一种纳米氧化锌-氧化钒复合材料的制备方法 (Preparation method of nano zinc oxide-vanadium oxide composite material ) 是由 刘艺 于 2020-05-26 设计创作，主要内容包括：本发明涉及新材料加工技术领域,公开了一种纳米氧化锌-氧化钒复合材料的制备方法,利用简单的水热反应法得到氧化锌纳米片,分散到钒酸铵盐溶液中,煅烧制备得到具有特殊结构和形貌的纳米氧化锌-氧化钒复合材料,粒径在30-35纳米范围均匀分布,具有极好的电磁活性,将其应用于电容器领域,不仅具有较大的电容容量,还表现出优异的可逆性,避免了纳米电极材料稳固性差、易脱落,降低电极可逆性等带来的相应问题；采用本发明制备得到的纳米氧化锌-氧化钒复合材料制备复合电极,进行电化学测试,测定本发明制备得到的复合材料的电化学性能,试验表明,当电流密度为1mA/g时,该材料的电极比容量达到了276-282F/g。(The invention relates to the technical field of new material processing, and discloses a preparation method of a nano zinc oxide-vanadium oxide composite material, wherein a simple hydrothermal reaction method is utilized to obtain zinc oxide nano sheets, the zinc oxide nano sheets are dispersed into an ammonium vanadate solution, and the nano zinc oxide-vanadium oxide composite material with a special structure and morphology is prepared by calcining, the particle size is uniformly distributed in the range of 30-35 nanometers, the nano zinc oxide-vanadium oxide composite material has excellent electromagnetic activity, and the nano zinc oxide-vanadium oxide composite material is applied to the field of capacitors, has larger capacitance capacity and excellent reversibility, avoids the corresponding problems caused by poor stability, easy falling, reduced electrode reversibility and the like of a nano electrode material; the composite electrode prepared from the nano zinc oxide-vanadium oxide composite material prepared by the invention is used for electrochemical test, and the electrochemical performance of the composite material prepared by the invention is measured, and the test shows that when the current density is 1mA/g, the electrode specific capacity of the material reaches 276-282F/g.)

一种纳米氧化锌-氧化钒复合材料的制备方法

技术领域

本发明属于新材料加工技术领域，具体涉及一种纳米氧化锌-氧化钒复合材料的制备方法。

背景技术

纳米氧化锌是指晶粒尺寸在100纳米以下的氧化锌微粒，纳米氧化锌作为一种高性能半导体材料由于其具有独特的小尺寸效应、表面效 应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应和介电限域效应，所以表现出许多特殊的性质，如无毒和非迁移性、荧光性、压电性、吸收和散射紫外线能力等。因此在抗菌材料、发光材料、压电材料、紫外线屏蔽材料、自清洁材料、细胞标定材料及纳米催化剂等领域有着十分广泛的应用前景。

纳米复合材料的制备由于协同效应以及其他作用，使得复合材料表现出一种或多种新功能，这些功能往往是原物质所不具备的，这些新功能的出现也开辟了纳米材料的应用新领域。由于其优越性能和广泛的应用前景，成为当前纳米材料科学研究的热点之一。目前，对于纳米氧化锌在电磁功能技术领域的研究还尚不成熟，基本没有得到较好的应用，存在着巨大的发展空间。

发明内容

本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种纳米氧化锌-氧化钒复合材料的制备方法，利用简单的水热反应法得到氧化锌纳米片，分散到钒酸铵盐溶液中，煅烧制备得到具有特殊结构和形貌的纳米氧化锌-氧化钒复合材料，粒径在30-35纳米范围均匀分布，具有极好的电磁活性。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种纳米氧化锌-氧化钒复合材料的制备方法，其优选方案为，

（1）称取12.5-13.0克硝酸锌置于烧杯中，在300-350转/分钟的速度搅拌下，向烧杯中加入去离子水，持续搅拌至溶解后，配制得到摩尔浓度为0.35-0.40摩尔/升的硝酸锌溶液，在45-50℃下，向烧杯中逐滴加入摩尔浓度为2.7-3.0摩尔/升的氢氧化钠溶液，调节体系pH值在8.1-8.2之间，在磁力搅拌器下搅拌15-20分钟，得到固液混合体；

（2）将制备得到的固液混合体在200-220转/分钟下持续搅拌15-20分钟，然后转移至水热反应釜中，175-180℃下反应16-18小时，取出反应釜置于通风橱内自然冷却至室温，移出产物，将所得产物用乙醇和去离子水分别洗涤3-5次，置于75-80℃烘箱中干燥8-10小时，然后放入马弗炉中煅烧70-80分钟，煅烧升温速度为6.6-7.0℃/分钟，煅烧温度为350-360℃，即得氧化锌纳米片；

（3）称取9.8-10.0克的偏钒酸钠，在搅拌下加入到60-75毫升的温度为60-65℃的热水中溶解，然后加入10-12毫升质量浓度为26-30%的聚乙二醇水溶液，以500-550转/分钟的速度搅拌10-15分钟，称取1.32-1.36克草酸铵加入到上述溶液中，继续快速搅拌30-40分钟，得到钒酸铵盐溶液；所述聚乙二醇水溶液是由分子量为400的聚乙二醇配制得到的；

（4）将制备得到的氧化锌纳米片加入到钒酸铵盐溶液中，加入23-25毫升去离子水稀释，在300-350转/分钟下，持续搅拌15-20分钟，转移至聚四氟乙烯反应釜中，置于180-190℃鼓风干燥箱中，加压反应13-16小时，反应压力为1.35-1.40MPa，待反应釜自然冷却至20-25℃，倒去上澄清液，沉淀物依次使用去离子水和无水乙醇离心洗涤4-6次，再将产物置于70-80℃烘箱中干燥10-14小时，然后放入马弗炉中煅烧1.5-2.0小时，煅烧温度为420-430℃，自然冷却，即得所述纳米氧化锌-氧化钒复合材料。

所述采用水热反应法制备得到的氧化锌纳米片粒径大小在10-25纳米之间。

制备得到的纳米氧化锌-氧化钒复合材料粒径大小在30-35纳米之间。

本发明相比现有技术具有以下优点：为了解决现有纳米氧化锌在电磁功能技术领域的研究还尚不成熟，没有得到较好应用的问题，本发明提供了一种纳米氧化锌-氧化钒复合材料的制备方法，利用简单的水热反应法得到氧化锌纳米片，分散到钒酸铵盐溶液中，煅烧制备得到具有特殊结构和形貌的纳米氧化锌-氧化钒复合材料，粒径在30-35纳米范围均匀分布，具有极好的电磁活性，将其应用于电容器领域，不仅具有较大的电容容量，还表现出优异的可逆性，避免了纳米电极材料稳固性差、易脱落，降低电极可逆性等带来的相应问题；采用本发明制备得到的纳米氧化锌-氧化钒复合材料制备复合电极，进行电化学测试，测定本发明制备得到的复合材料的电化学性能，试验表明，当电流密度为1mA/g时，该材料的电极比容量达到了276-282F/g；本发明能够显著提高纳米氧化锌复合材料的电磁活性，解决现有纳米氧化锌在电磁功能领域应用效果不佳的问题，该复合材料具有纳米级粒径，比表面积大，表面活性高，制备原料易得、合成方式简单、成本低、化学性能稳定，耐酸碱等性能。本发明制备得到的纳米氧化锌-氧化钒复合材料具有非常优越的电磁性能，结合其自身的半导体催化剂的电子结构，可应用于太阳电池、超级电容器等方面，成为一种潜力巨大的多功能材料，有助于提高纳米氧化锌复合材料在电磁领域的应用价值，是一种极为值得推广使用的技术方案。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明所提供的技术方案。

实施例1

一种纳米氧化锌-氧化钒复合材料的制备方法，具体的，包括以下工艺步骤：

S1：称取12.5克硝酸锌置于烧杯中，在300转/分钟的速度搅拌下，向烧杯中加入去离子水，持续搅拌至溶解后，配制得到摩尔浓度为0.35摩尔/升的硝酸锌溶液，在45℃下，向烧杯中逐滴加入摩尔浓度为2.7摩尔/升的氢氧化钠溶液，调节体系pH值在8.1-8.2之间，在磁力搅拌器下搅拌15分钟，得到固液混合体；

S2：将制备得到的固液混合体在200转/分钟下持续搅拌15分钟，然后转移至水热反应釜中，175℃下反应16小时，取出反应釜置于通风橱内自然冷却至室温，移出产物，将所得产物用乙醇和去离子水分别洗涤3次，置于75℃烘箱中干燥8小时，然后放入马弗炉中煅烧70分钟，煅烧升温速度为6.6℃/分钟，煅烧温度为350℃，即得氧化锌纳米片；

S3：称取9.8克的偏钒酸钠，在搅拌下加入到60毫升的温度为6℃的热水中溶解，然后加入10毫升质量浓度为26%的聚乙二醇水溶液，以500转/分钟的速度搅拌10分钟，称取1.32克草酸铵加入到上述溶液中，继续快速搅拌30分钟，得到钒酸铵盐溶液；所述聚乙二醇水溶液是由分子量为400的聚乙二醇配制得到的；

S4：将制备得到的氧化锌纳米片加入到钒酸铵盐溶液中，加入23毫升去离子水稀释，在300转/分钟下，持续搅拌15分钟，转移至聚四氟乙烯反应釜中，置于180℃鼓风干燥箱中，加压反应13小时，反应压力为1.35MPa，待反应釜自然冷却至20℃，倒去上澄清液，沉淀物依次使用去离子水和无水乙醇离心洗涤4次，再将产物置于70℃烘箱中干燥10小时，然后放入马弗炉中煅烧1.5小时，煅烧温度为420℃，自然冷却，即得所述纳米氧化锌-氧化钒复合材料。

所述采用水热反应法制备得到的氧化锌纳米片粒径大小在10-25纳米之间。

制备得到的纳米氧化锌-氧化钒复合材料粒径大小在30-35纳米之间；

采用实施例1制备得到的纳米氧化锌-氧化钒复合材料与乙炔黑和PVDF按三者质量比为8:1:1混合，于研钵中充分研磨均匀，加入NMP调和成浆糊状，制备得到复合电极进行电化学测试，试验在电化学工作站上进行，测试系统为三电极，辅助电极为碳棒电极，参比电极为Ag/AgCl电极，电解液为浓度为1.0摩尔/升的硫酸电解液；电化学测试结果表明：当电流密度为1mA/g时，该材料的电极比容量达到了278F/g。

实施例2

一种纳米氧化锌-氧化钒复合材料的制备方法，具体的，包括以下工艺步骤：

S1：称取12.8克硝酸锌置于烧杯中，在330转/分钟的速度搅拌下，向烧杯中加入去离子水，持续搅拌至溶解后，配制得到摩尔浓度为0.38摩尔/升的硝酸锌溶液，在48℃下，向烧杯中逐滴加入摩尔浓度为2.9摩尔/升的氢氧化钠溶液，调节体系pH值在8.1-8.2之间，在磁力搅拌器下搅拌17分钟，得到固液混合体；

S2：将制备得到的固液混合体在210转/分钟下持续搅拌18分钟，然后转移至水热反应釜中，177℃下反应17小时，取出反应釜置于通风橱内自然冷却至室温，移出产物，将所得产物用乙醇和去离子水分别洗涤4次，置于78℃烘箱中干燥9小时，然后放入马弗炉中煅烧75分钟，煅烧升温速度为6.8℃/分钟，煅烧温度为355℃，即得氧化锌纳米片；

S3：称取9.9克的偏钒酸钠，在搅拌下加入到67毫升的温度为63℃的热水中溶解，然后加入11毫升质量浓度为28%的聚乙二醇水溶液，以520转/分钟的速度搅拌12分钟，称取1.34克草酸铵加入到上述溶液中，继续快速搅拌35分钟，得到钒酸铵盐溶液；所述聚乙二醇水溶液是由分子量为400的聚乙二醇配制得到的；

S4：将制备得到的氧化锌纳米片加入到钒酸铵盐溶液中，加入24毫升去离子水稀释，在330转/分钟下，持续搅拌18分钟，转移至聚四氟乙烯反应釜中，置于185℃鼓风干燥箱中，加压反应14小时，反应压力为1.38MPa，待反应釜自然冷却至22℃，倒去上澄清液，沉淀物依次使用去离子水和无水乙醇离心洗涤5次，再将产物置于75℃烘箱中干燥12小时，然后放入马弗炉中煅烧1.8小时，煅烧温度为425℃，自然冷却，即得所述纳米氧化锌-氧化钒复合材料。

所述采用水热反应法制备得到的氧化锌纳米片粒径大小在10-25纳米之间。

制备得到的纳米氧化锌-氧化钒复合材料粒径大小在30-35纳米之间；

采用实施例2制备得到的纳米氧化锌-氧化钒复合材料与乙炔黑和PVDF按三者质量比为8:1:1混合，于研钵中充分研磨均匀，加入NMP调和成浆糊状，制备得到复合电极进行电化学测试，试验在电化学工作站上进行，测试系统为三电极，辅助电极为碳棒电极，参比电极为Ag/AgCl电极，电解液为浓度为1.0摩尔/升的硫酸电解液；电化学测试结果表明：当电流密度为1mA/g时，该材料的电极比容量达到了282F/g。

实施例3

一种纳米氧化锌-氧化钒复合材料的制备方法，具体的，包括以下工艺步骤：

S1：称取13.0克硝酸锌置于烧杯中，在350转/分钟的速度搅拌下，向烧杯中加入去离子水，持续搅拌至溶解后，配制得到摩尔浓度为0.40摩尔/升的硝酸锌溶液，在50℃下，向烧杯中逐滴加入摩尔浓度为3.0摩尔/升的氢氧化钠溶液，调节体系pH值在8.1-8.2之间，在磁力搅拌器下搅拌20分钟，得到固液混合体；

S2：将制备得到的固液混合体在220转/分钟下持续搅拌20分钟，然后转移至水热反应釜中，180℃下反应18小时，取出反应釜置于通风橱内自然冷却至室温，移出产物，将所得产物用乙醇和去离子水分别洗涤5次，置于80℃烘箱中干燥10小时，然后放入马弗炉中煅烧80分钟，煅烧升温速度为7.0℃/分钟，煅烧温度为360℃，即得氧化锌纳米片；

S3：称取10.0克的偏钒酸钠，在搅拌下加入到75毫升的温度为65℃的热水中溶解，然后加入12毫升质量浓度为30%的聚乙二醇水溶液，以550转/分钟的速度搅拌15分钟，称取1.36克草酸铵加入到上述溶液中，继续快速搅拌40分钟，得到钒酸铵盐溶液；所述聚乙二醇水溶液是由分子量为400的聚乙二醇配制得到的；

S4：将制备得到的氧化锌纳米片加入到钒酸铵盐溶液中，加入25毫升去离子水稀释，在350转/分钟下，持续搅拌20分钟，转移至聚四氟乙烯反应釜中，置于190℃鼓风干燥箱中，加压反应16小时，反应压力为1.40MPa，待反应釜自然冷却至25℃，倒去上澄清液，沉淀物依次使用去离子水和无水乙醇离心洗涤6次，再将产物置于80℃烘箱中干燥14小时，然后放入马弗炉中煅烧2.0小时，煅烧温度为430℃，自然冷却，即得所述纳米氧化锌-氧化钒复合材料。

所述采用水热反应法制备得到的氧化锌纳米片粒径大小在10-25纳米之间。

制备得到的纳米氧化锌-氧化钒复合材料粒径大小在30-35纳米之间；

采用实施例3制备得到的纳米氧化锌-氧化钒复合材料与乙炔黑和PVDF按三者质量比为8:1:1混合，于研钵中充分研磨均匀，加入NMP调和成浆糊状，制备得到复合电极进行电化学测试，试验在电化学工作站上进行，测试系统为三电极，辅助电极为碳棒电极，参比电极为Ag/AgCl电极，电解液为浓度为1.0摩尔/升的硫酸电解液；电化学测试结果表明：当电流密度为1mA/g时，该材料的电极比容量达到了280F/g。

本发明能够显著提高纳米氧化锌复合材料的电磁活性，解决现有纳米氧化锌在电磁功能领域应用效果不佳的问题，该复合材料具有纳米级粒径，比表面积大，表面活性高，制备原料易得、合成方式简单、成本低、化学性能稳定，耐酸碱等性能。本发明制备得到的纳米氧化锌-氧化钒复合材料具有非常优越的电磁性能，结合其自身的半导体催化剂的电子结构，可应用于太阳电池、超级电容器等方面，成为一种潜力巨大的多功能材料，有助于提高纳米氧化锌复合材料在电磁领域的应用价值，是一种极为值得推广使用的技术方案。