阅读说明：本技术 一种液相沉淀法合成单质铋纳米片负载碳布复合材料制备方法 (Preparation method for synthesizing elemental bismuth nanosheet loaded carbon cloth composite material by liquid-phase precipitation method ) 是由 罗志高 李兰艳 李金烨 史恒瑞 于 2021-11-02 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种沉淀法合成单质铋纳米片负载碳布钠离子电池负极材料的制备方法,将铋源,表面活性剂和溶于水中陈化一定时间后,搅拌,同时往铋源中滴加入pH调节剂,加入碳布,一定温度下反应1到2个小时,离心分离,洗涤干燥得到铋纳米片前驱体。进一步热处理可以得到单质铋纳米片负载碳布。该制备方法的工艺简单、易于操作,流程短,产品质量稳定。用作钠离子电池负极显示出优异的电化学性质,包括较高的比容量和优异的长循环性能。(The invention discloses a preparation method of a bismuth nanosheet loaded carbon cloth sodium-ion battery cathode material synthesized by a precipitation method. And further carrying out heat treatment to obtain the elemental bismuth nanosheet loaded carbon cloth. The preparation method has the advantages of simple process, easy operation, short flow and stable product quality. The lithium ion battery cathode shows excellent electrochemical properties including higher specific capacity and excellent long cycle performance when used as a sodium ion battery cathode.)

一种液相沉淀法合成单质铋纳米片负载碳布复合材料制备 方法

技术领域

本发明涉及纳米材料合成与电化学技术应用技术领域，具体涉及一种液相沉淀法合成单质铋纳米片材料制备方法。

背景技术

钠离子电池已经进入了一个快速发展的时期，这是因为钠在地球上丰富的资源储备，它在地球上几乎无处不在，不像锂那样在地球上的分布相对集中，同时钠的价格也相对低廉。最重要的是钠和锂位于同一主族，它们的化学性质相似，应用于电池的基本原理是一样的。钠离子的半径要大于锂离子，适用于锂离子电池的负极材料石墨并不能有效地插入钠离子，故而现在并没有非常成功的商业化钠离子电池负极材料。同时针对钠离子电池正极材料的研究很多都是借鉴于锂离子电池，而用于钠离子电池体系的正极材料性能还没有达到真正实用化的水平。总的来说，目前钠离子电池存在着循环寿命不理想、大电流充放电性能不稳定等问题[13]。因此，钠离子电池负极材料已成为制约钠离子电池发展的洼地，研究开发容量高、安全性好、成本低、电化学性能优异的钠离子电池负极材料迫在眉睫。

铋基材料就是其中一类开始被关注的新型钠离子电池负极材料。铋金属具有一些独特的性质，如低熔点、凝固时体积增大等，它还是导热性最差的金属。单质铋由于稳定，无毒，放电平台低等特点受到广泛关注。但目前Bi纳米材料的制备方法十分有限，中国专利(CN108400292A)发明了一种机械剥离及常温还原方法，制备具有二维结构的单质铋纳米片。充分利用其高比表面积的优势，作为钠离子电池负极材料，具有良好的电化学性能。本发明通过简单的沉淀法及热还原法，简化了铋纳米片的制备工艺。

发明内容

本发明的目的是提供一种液相沉淀法合成单质铋纳米片负载碳布复合材料的制备方法，这种简单液相沉淀法有效地节约了合成时间和制造成本。

本发明的技术方案是：单质铋纳米片负载碳布复合材料采用表面活性剂与pH调节剂协同作用下的液相沉淀法及后续热还原法。具体步骤如下：

(1)将一定量的表面活性剂溶于去离子水中，再加入一定量的五水硝酸铋或氯化铋，溶解后陈化半小时。硝酸铋或氯化铋的浓度优选为0.001mol/L，表面活性剂的浓度优选为0.5g/L，

(2)搅拌条件下缓慢滴加pH调节剂。使用pH调节剂调节体系pH值优选为12。

(3)滴加结束后一定温度下继续反应一段时间。得到的白色沉淀物负载碳布，分别用去离子水和乙醇洗涤三次，80℃真空干燥8小时。反应温度优选为50℃，反应时间优选为6小时。

(4)进一步在200℃～400℃还原气氛中煅烧2～4小时。

上述制备方法中，优选的，所述表面活性剂为十六烷基三甲基胺、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或几种。

上述制备方法中，优选的，所述pH调节剂为氢氧化钾、氢氧化钠等和氨水。

上述制备方法中，优选的，单质铋纳米片负载碳布进一步处理为200℃，氩气和氢气混合氛中煅烧为2小时。

附图说明

图1为本发明实施例1获得的单质铋纳米片负载碳布材料的XRD图。

图2为本发明实施例1获得的单质铋纳米片前驱体负载碳布的SEM图。

图3为本发明实施例2获得的单质铋纳米片负载碳布材料的SEM图。

图4为本发明实施例1获得的单质铋纳米片的TEM图

图5为本发明实施例1获得的单质铋纳米片负载碳布材料的电性能曲线图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

本实施例的沉淀法合成单质铋纳米片负载碳布材料的制备方法包括以下步骤：

将0.05g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶于去离子水中，再加入1mmol的五水硝酸铋，溶解后陈化半小时。搅拌条件下缓慢滴加0.1mol/L的氢氧化钾溶液。使用调节体系pH值到12。滴加结束后80℃温度下继续反应2小时。得到的白色沉淀物负载碳布，分别用去离子水和乙醇洗涤三次，80℃真空干燥8小时。进一步在400℃氢氩混合气氛中煅烧2小时。

所述方法实施例1制备的单质铋纳米片负载碳布材料的XRD谱图如图1所示。结果与标准卡片(JCPDS card NO.44-1246)的标准曲线相吻合。

所述方法实施例1制备的单质铋纳米片前驱体负载碳布材料的SEM图如图2所示，纳米片均匀分布在碳布纤维上。

所述方法实施例1制备的单质铋纳米片的TEM图如图4所示。

所述方法实施例1制备的单质铋纳米片负载碳布材料电化学性能如图5所示，在100mAg-1的电流密度下材料获得了700mAh g-1的首次放电比容量。

实施例2

将0.05g聚乙二醇溶于去离子水中，再加入2mmol的氯化铋，溶解后陈化半小时。搅拌条件下缓慢滴加0.1mol/L的氢氧化钾溶液。使用调节体系pH值到12。滴加结束后80℃温度下继续反应2小时。得到的白色沉淀物负载碳布，分别用去离子水和乙醇洗涤三次，80℃真空干燥8小时。进一步在400℃氢氩混合气氛中煅烧2小时。

所述方法实施例2制备的单质铋纳米片负载碳布材料的SEM谱图如图3所示。