超长氧化钒纳米线的制备与表征

　　以V2O5和H2O2为原料，乙二胺为模板剂，采用溶胶凝胶法结合水热法制备了含有模板剂的超长氧化钒纳米线，利用傅里叶红外光谱仪、拉曼光谱仪和X射线衍射仪分析了材料的结构特征。采用扫描电子显微镜(SEM)对形貌进行了表征。采用不同温度对样品进行了热处理，并综合分析了热处理温度对材料形貌和结构的影响。从SEM测试结果可以看出，本文制备的V2O5纳米线的最长可达40um。结果表明，通过300e热处理即可成功去除有机模板剂，得到正交相V2O5纳米线。最后，用蓝电测试系统测试了V2O5纳米线的电化学性能。

　　由于尺寸效应和特殊的长径比，一维纳米材料在传感器、催化剂、场效应晶体管、发光二极管和电极材料中表现出优越的性能和应用。其中一维氧化钒纳米材料由于其价格低廉、加工工艺简单、结构可控受到了广泛的关注。实验上大多采用水热法制备一维钒氧化物纳米材料。Byod等制备了一种镶有Pd纳米颗粒的VO2纳米线，可以利用其金属和绝缘体之间转变的特性应用于高灵敏度H2探测器，他们发现，单根VO2纳米线具有选择性探测三种不同气体(氧气，氢气和乙烯)的能力。陈文等以CTAB为模板剂，用水热法制备了VO2(B)纳米棒，其首次放电容量为247.6mAhg-1，并且，前30次的循环效率超过97.4%。王休等以V2O5为原料，NaHSO3作为还原剂，在260℃水热反应8h得到VO2纳米带，并研究了其热致相变性质，经过600e退火处理以后，其热致相变温度为68.7℃。吴广明等利用溶胶凝胶和水热的方法制备了高长径比的氧化钒纳米管，由于材料的层状结构与良好的离子通道，作为锂离子电池阴极材料，其首次容量可达300mAhg-1。Pan等以NH4VO3为原料，采用水热法制备了长约10~80um的V2O5纳米线。Zhou等以VOSO4#xH2O和KBrO3为原料，采用水热法制备了直径60~80nm，长度可达100um的氧化钒纳米线。

　　本文以V2O5为原料，以乙二胺为模板剂，结合溶胶凝胶法和水热法制备了V2O5纳米线，并利用扫描电子显微镜(SEM)，傅里叶红外光谱仪(FT-IR)，拉曼光谱仪和X射线衍射(XRD)仪对样品的形貌、结构和组成成分进行了表征和分析，并用蓝电测试系统测试了V2O5纳米线的电化学性能。

　　1、实验过程

　　1.1、材料制备

　　将1gV2O5粉末和60ml无水乙醇搅拌反应30min，制得橙红色的氧化钒溶胶。然后将约1ml无水乙二胺加入到制备好的氧化钒溶胶中，继续搅拌5min左右。产物倒入容量为100ml的聚四氟乙烯容器内，并加入一定量的去离子水，然后将其密封在不锈钢高压釜中，最后将高压釜置于180℃的烘箱内，恒温反应5天。自然冷却到室温后，将聚四氟乙烯(PVDF)容器中的反应产物取出，置于马弗炉中进行100e干燥处理，标记为样品A。100e处理以后的的样品分成三份，利用马弗炉分别进行200，300，400℃的热处理，标记为样品B、样品C和样品D。

　　1.2、材料表征

　　采用FT-IR和拉曼光谱仪对A、B、C和D四个样品的结构组分进行了分析。用SEM对不同温度热处理的四个样品的形貌进行了表征，分析了纳米线的直径和长度大小，用XRD对样品A、样品B、样品C和样品D的结构和晶相组成进行了分析。经过400℃处理的样品，与导电炭黑和PVDF的质量比为7B2B1，加入一定量的1-甲基-2吡咯烷酮搅拌均匀，均匀涂在铝箔上，经过120e真空干燥以后，裁成12mm的圆片作为正极，锂片作为负极，Celgard2500PE/PP/PE三层复合膜作隔膜，1mol/L的LiPF6(ECBDEC=1B1)作为电解液，并用蓝电(Land)测试了其恒流充放电性能，充放电区间为4~2V，放电电流为50mAg-1。

　　4、结论

　　通过溶胶凝胶法结合水热法制备了长约40um，直径约为500nm~1um的氧化钒纳米线。采用400℃温度热处理，使料进一步结晶，最终得到了正交相的V2O5纳米线。采用傅里叶红外光谱仪分析了纳米线的结构组成，结果表明，经过300℃热处理以后，纳米线中基本不含有机模板剂成分。XRD和拉曼光谱的测试结果表明，300℃和400℃热处理的样品都属于正交相V2O5。V2O5纳米线的电化学性能测试结果表明，在4~2V的充放电区间内，其首次放电容量为157mAhg-1。循环性测试表明，V2O5纳米线作为阴极材料的循环稳定性较差，进一步的研究将侧重于提高其循环稳定性。