技术摘要：
本发明涉及一种卟啉类化合物掺杂五氧化二钒溶胶复合材料及其制备方法，该材料可作为长寿命、优异的循环稳定性钠离子电池正极材料的潜在应用材料。由长度不一的TPyP‑V2O5·nH2O纳米线组装而成，所述的纳米线宽度为80‑100纳米，所述的纳米线长度为10～50微米。本发明的 全部
背景技术：
近年来，随着锂离子电池的普及应用，锂金属资源的匮乏、价格的提高使得人们开 始寻找新型的电池体系，因为钠具有和锂相似的性质，更广泛的资源分布，使得人们将眼光 放在了钠离子电池上。由于钠的相对原子质量是锂的3倍以上，但钠的标准电势(2.71V)比 锂的标准电势(-3.04V)高，从理论上讲，钠离子电池可能达不到锂离子电池的能量密度。但 相较于电池本身的成本和寿命而言，在高电压电网的支持下，钠离子电池可能会比锂电池 具有更广泛的应用。正极材料对整个电池体系的能量密度影响最大，因此在钠离子电池体 系中对正极材料的探究一直广受关注。因此，一个具有优异性能的正极材料对于钠离子电 池至关重要。 近年来，以钒氧化物干凝胶为基础的层间合物的相关研究受到广泛的关注，因为 这种化合物既拥有钒氧化物的性质，也拥有了所嵌入有机物的性质，这类化合物有一个明 显的特征：都是准一维结构，而且它们的层间都是一种类似湍流的无序结构，使得阳离子和 有机分子都可以很容易的嵌入这种结构中。钒溶胶这种特性使其有别于五氧化二钒晶体， 后者的三维晶格只能允许金属离子的嵌入，聚钒酸的性质决定了它有较高的容纳能力，其 层间的负电荷也保证了其较高的容纳能力。偶极子的吸收、离子交换或氧化还原过程都会 产生离子的嵌入，无论是哪一种情况，都会使得层间的距离发生变化。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术而提供一种卟啉类化合物掺杂 五氧化二钒溶胶的纳米线复合材料(TPyP-V2O5·nH2O)及其制备方法，此合成工艺简单，所 述材料在钠离子电池的电化学测试中具有优良性能。 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：卟啉类化合物掺杂五氧化二钒溶 胶的纳米线复合材料，由长度不一的TPyP-V2O5·nH2O纳米线组装而成，所述的纳米线宽度 为80-100纳米，所述的纳米线长度为10～50微米。 所述的卟啉类化合物掺杂五氧化二钒溶胶的纳米线复合材料的制备方法，包括如 下步骤： 1)取一定量五氧化二钒溶胶加入去离子水进行稀释，随后搅拌，使溶液混合均匀； 2)将5,10,15,20-四(4-吡啶基)卟啉加入到稀盐酸中并搅拌，得到混合溶液； 3)将步骤2)所得溶液缓慢滴入到步骤1)所得溶液中，产生沉淀，随后将其搅拌使 其充分反应； 3 CN 111584839 A 说 明 书 2/5 页 4)将步骤3)所得溶液进行水热反应； 5)将步骤4)所得产物用丙酮和酒精清洗，进行真空烘干，即可得到卟啉类化合物 掺杂五氧化二钒溶胶的纳米线复合材料。 按上述方案，步骤1)所述的五氧化二钒溶胶的量为105mg，去离子水为20mL，搅拌 时间为30min，步骤2)所述的5,10,15,20-四(4-吡啶基)卟啉为5-30mg，搅拌时间为30min。 按上述方案，步骤2)所述的稀盐酸浓度为0.1mol/L。 按上述方案，步骤4)所述的水热温度为180-200℃，水热时间为24-36h。 所述的卟啉类化合物掺杂五氧化二钒溶胶的纳米线复合材料作为钠离子电池正 极材料的应用。 本发明的有益效果是：本发明根据5,10,15,20-四(4-吡啶基)卟啉独特的分子结 构，在其嵌入五氧化二钒溶胶后，会与五氧化二钒材料形成氢键在五氧化二钒溶胶层间形 成氢键，从而使得五氧化二钒溶胶层间距扩大，同时提高了结构的稳定性，利用了熔融-淬 冷法制备得到五氧化二钒溶胶，另一方面通过水热处理，增强材料的结晶程度，得到了卟啉 类化合物掺杂五氧化二钒溶胶的纳米线复合材料。对其进行钠离子电化学性能的测试，结 果表明此材料作为钠离子电池正极材料，具有长寿命、优异的循环稳定性、倍率性能。该材 料作为钠离子电池正极材料时，在100mAg-1的电流密度下，循环100圈后，放电比容量仍高达 150mAh g-1，表现出优异的循环性能。在1000mAg-1大电流密度下的恒流放电测试表明，其循 环500圈后放电比容量仍保持在100mAh g-1，表现了较好的长循环性能。在不同电流密度下 对其进行倍率测试，具有良好的容量保持率。测试结果表明该卟啉类化合物掺杂五氧化二 钒溶胶的纳米线复合材料可作为长寿命、优异的循环稳定性、高倍率钠离子电池正极材料 的潜在应用材料。 附图说明 图1是本发明实施例1的卟啉类化合物掺杂五氧化二钒溶胶的纳米线复合材料的X 射线衍射光谱图(XRD)； 图2是本发明实施例1的卟啉类化合物掺杂五氧化二钒溶胶的纳米线复合材料的 扫描电镜图(SEM)； 图3是本发明实施例1的卟啉类化合物掺杂五氧化二钒溶胶的纳米线复合材料在 100mAg-1电流密度下的电池循环性能图； 图4是本发明实施例1的卟啉类化合物掺杂五氧化二钒溶胶的纳米线复合材料在 1000mAg-1电流密度下的电池循环性能图； 图5是本发明实施例1的卟啉类化合物掺杂五氧化二钒溶胶的纳米线复合材料在 不同电流密度下的电池循环倍率性能图。
本发明涉及一种卟啉类化合物掺杂五氧化二钒溶胶复合材料及其制备方法，该材料可作为长寿命、优异的循环稳定性钠离子电池正极材料的潜在应用材料。由长度不一的TPyP‑V2O5·nH2O纳米线组装而成，所述的纳米线宽度为80‑100纳米，所述的纳米线长度为10～50微米。本发明的 全部
背景技术：
近年来，随着锂离子电池的普及应用，锂金属资源的匮乏、价格的提高使得人们开 始寻找新型的电池体系，因为钠具有和锂相似的性质，更广泛的资源分布，使得人们将眼光 放在了钠离子电池上。由于钠的相对原子质量是锂的3倍以上，但钠的标准电势(2.71V)比 锂的标准电势(-3.04V)高，从理论上讲，钠离子电池可能达不到锂离子电池的能量密度。但 相较于电池本身的成本和寿命而言，在高电压电网的支持下，钠离子电池可能会比锂电池 具有更广泛的应用。正极材料对整个电池体系的能量密度影响最大，因此在钠离子电池体 系中对正极材料的探究一直广受关注。因此，一个具有优异性能的正极材料对于钠离子电 池至关重要。 近年来，以钒氧化物干凝胶为基础的层间合物的相关研究受到广泛的关注，因为 这种化合物既拥有钒氧化物的性质，也拥有了所嵌入有机物的性质，这类化合物有一个明 显的特征：都是准一维结构，而且它们的层间都是一种类似湍流的无序结构，使得阳离子和 有机分子都可以很容易的嵌入这种结构中。钒溶胶这种特性使其有别于五氧化二钒晶体， 后者的三维晶格只能允许金属离子的嵌入，聚钒酸的性质决定了它有较高的容纳能力，其 层间的负电荷也保证了其较高的容纳能力。偶极子的吸收、离子交换或氧化还原过程都会 产生离子的嵌入，无论是哪一种情况，都会使得层间的距离发生变化。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术而提供一种卟啉类化合物掺杂 五氧化二钒溶胶的纳米线复合材料(TPyP-V2O5·nH2O)及其制备方法，此合成工艺简单，所 述材料在钠离子电池的电化学测试中具有优良性能。 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：卟啉类化合物掺杂五氧化二钒溶 胶的纳米线复合材料，由长度不一的TPyP-V2O5·nH2O纳米线组装而成，所述的纳米线宽度 为80-100纳米，所述的纳米线长度为10～50微米。 所述的卟啉类化合物掺杂五氧化二钒溶胶的纳米线复合材料的制备方法，包括如 下步骤： 1)取一定量五氧化二钒溶胶加入去离子水进行稀释，随后搅拌，使溶液混合均匀； 2)将5,10,15,20-四(4-吡啶基)卟啉加入到稀盐酸中并搅拌，得到混合溶液； 3)将步骤2)所得溶液缓慢滴入到步骤1)所得溶液中，产生沉淀，随后将其搅拌使 其充分反应； 3 CN 111584839 A 说 明 书 2/5 页 4)将步骤3)所得溶液进行水热反应； 5)将步骤4)所得产物用丙酮和酒精清洗，进行真空烘干，即可得到卟啉类化合物 掺杂五氧化二钒溶胶的纳米线复合材料。 按上述方案，步骤1)所述的五氧化二钒溶胶的量为105mg，去离子水为20mL，搅拌 时间为30min，步骤2)所述的5,10,15,20-四(4-吡啶基)卟啉为5-30mg，搅拌时间为30min。 按上述方案，步骤2)所述的稀盐酸浓度为0.1mol/L。 按上述方案，步骤4)所述的水热温度为180-200℃，水热时间为24-36h。 所述的卟啉类化合物掺杂五氧化二钒溶胶的纳米线复合材料作为钠离子电池正 极材料的应用。 本发明的有益效果是：本发明根据5,10,15,20-四(4-吡啶基)卟啉独特的分子结 构，在其嵌入五氧化二钒溶胶后，会与五氧化二钒材料形成氢键在五氧化二钒溶胶层间形 成氢键，从而使得五氧化二钒溶胶层间距扩大，同时提高了结构的稳定性，利用了熔融-淬 冷法制备得到五氧化二钒溶胶，另一方面通过水热处理，增强材料的结晶程度，得到了卟啉 类化合物掺杂五氧化二钒溶胶的纳米线复合材料。对其进行钠离子电化学性能的测试，结 果表明此材料作为钠离子电池正极材料，具有长寿命、优异的循环稳定性、倍率性能。该材 料作为钠离子电池正极材料时，在100mAg-1的电流密度下，循环100圈后，放电比容量仍高达 150mAh g-1，表现出优异的循环性能。在1000mAg-1大电流密度下的恒流放电测试表明，其循 环500圈后放电比容量仍保持在100mAh g-1，表现了较好的长循环性能。在不同电流密度下 对其进行倍率测试，具有良好的容量保持率。测试结果表明该卟啉类化合物掺杂五氧化二 钒溶胶的纳米线复合材料可作为长寿命、优异的循环稳定性、高倍率钠离子电池正极材料 的潜在应用材料。 附图说明 图1是本发明实施例1的卟啉类化合物掺杂五氧化二钒溶胶的纳米线复合材料的X 射线衍射光谱图(XRD)； 图2是本发明实施例1的卟啉类化合物掺杂五氧化二钒溶胶的纳米线复合材料的 扫描电镜图(SEM)； 图3是本发明实施例1的卟啉类化合物掺杂五氧化二钒溶胶的纳米线复合材料在 100mAg-1电流密度下的电池循环性能图； 图4是本发明实施例1的卟啉类化合物掺杂五氧化二钒溶胶的纳米线复合材料在 1000mAg-1电流密度下的电池循环性能图； 图5是本发明实施例1的卟啉类化合物掺杂五氧化二钒溶胶的纳米线复合材料在 不同电流密度下的电池循环倍率性能图。
