一種用碳量子點還原SbCl3制備Sb單質的方法與流程

本發明涉及鋰離子電池正極材料的制備技術領域，尤其涉及一種用碳量子點還原SbCl₃制備Sb單質的方法。

背景技術：

在近年發展起來的可充電電池中，鋰離子電池由于其優良的性能而在電子工業和電子產品中得到廣泛的應用。鋰離子電池具有電池電壓高、比容量大、能量密度高、無記憶效應、循環壽命長、環境友好等優點，是目前應用范圍最廣和最有可能大規模應用于電動汽車的二次電池。然而從概念上講完全相同的鈉離子電池由于鈉離子的含量相對更豐富，分布更均勻，最近也得到了廣泛的關注，將是一種有前景的新型電池。然而陽極材料是鋰離子電池及鈉離子電池的關鍵材料，其性能的好壞不僅直接影響電池的性能，而且對降低電池成本、實現電動汽車產業化具有十分重要的現實意義。

因此，要尋找的陽極材料不僅理論上其電荷儲存能力要高于石墨(372mAhg^-1)而且要保證在快速充放電（高電流密度）下有很長的壽命。當以鋰的化合物Li₃Sb為原料時，Sb因表現出高的理論比容量660 mAhg^-1而備受關注，被認為是最有應用前景的陽極材料。而最近的研究表明Sb與Na的化合物也具有很好的電化學穩定性及循環性能，表明Sb對于鈉離子電池也有很高的應用價值。由此尋找成本低，合成方法簡單的制備Sb的方法已成為很多研究人員的研究熱點。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是提供一種方法簡單、成本低、污染小的用碳量子點還原SbCl₃制備Sb單質的方法。

為解決上述問題，本發明所述的一種用碳量子點還原SbCl₃制備Sb單質的方法，包括以下步驟：

⑴將葡萄糖、油胺混合后于室溫下攪拌，在惰性氣體氮氣的保護下以5~20℃/min的速率加熱到100~300℃，并于該溫度下保溫5~40min，得到紅棕色液體；所述葡萄糖與所述油胺的質量體積比為0.01~1g ：0.1~5mL；

⑵將所述紅棕色液體的溫度調控至50~250℃后，于此溫度下注入其體積0.5~2倍的溶解后的SbCl₃溶液，并保溫5~30min，得到棕黑色粘稠物，該棕黑色粘稠物在氮氣保護下降至室溫；

⑶在所述步驟⑵所得的棕黑色粘稠物中加入其質量30~100倍的丙酮進行溶解，得到伴有黑色小顆粒的紅棕色透明液體；

⑷所述伴有黑色小顆粒的紅棕色透明液體經離心后，得到沉淀物，該沉淀物經正己烷洗滌2~9遍后真空干燥至恒重，即得Sb納米顆粒。

所述步驟⑵中溶解后的SbCl₃溶液是指將SbCl₃按每0.05~5mmol用0.05~5mL甲苯溶解所得的溶液。

所述步驟⑷中離心的條件是指速率為4000~9000rpm，次數為2~9次，每次時間為60~300s。

所述步驟⑷中真空干燥的條件是指溫度為30~60℃、真空度為-0.09~-0.05MPa。

本發明與現有技術相比具有以下優點：

1、本發明選取了價格低廉，無毒的葡萄糖為合成量子點的原料，以及毒性小沸點高的油胺為溶劑，降低了對環境的污染，且操作簡單。

2、本發明選取了價格相對低廉的SbCl₃為Sb的原料，降低了成本。

3、本發明SbCl₃的注入溫度為50~250℃，相對于其他制備Sb的實驗溫度有所降低。

4、本發明所獲得的Sb納米顆粒經X射線衍射測試（參見圖1），從XRD圖中可以看出本實驗產物的結晶型很高，且產物純度也很高，沒有雜峰出現。經透射電鏡測試（參見圖2）， 可以看出產物大小均一，結晶性高（參見圖3），跟XRD結果一致；另外，經高分辨透射電鏡（HRTEM）觀察，可以清晰地看到Sb晶體的晶格條紋，說明產物Sb的結晶性很高，與XRD及SAED的測試結果相一致。進一步經掃描電鏡測試（參見圖5），可以看出產物顆粒大小均一，純度高，結晶性好。

附圖說明

下面結合附圖對本發明的具體實施方式作進一步詳細的說明。

圖1為本發明Sb納米顆粒的X射線衍射圖譜(XRD)。采用D/max-2400型X射線衍射儀，激發光源為λ=1.5406 nm（日本Rigaku公司）。

圖2為本發明Sb納米顆粒的透射電鏡(TEM)照片（200nm）。采用TECNAI G2 TF20型透射電子顯微鏡（美國FEI公司）。

圖3為本發明Sb納米顆粒的選區電子衍射（SAED）照片。

圖4為本發明Sb納米顆粒的高分辨透射電鏡（HRTEM）照片。

圖5為本發明Sb納米顆粒的掃描電鏡（SEM）照片。采用德國蔡司公司生產的掃描電鏡。

具體實施方式

實施例1 一種用碳量子點還原SbCl₃制備Sb單質的方法，包括以下步驟：

⑴將葡萄糖、油胺混合后于室溫下攪拌，在惰性氣體氮氣的保護下以5℃/min的速率加熱到100℃，并于該溫度下保溫5min，得到紅棕色液體。

其中：葡萄糖與油胺的質量體積比為0.01g ：0.1mL。

⑵將紅棕色液體的溫度調控至50℃后，于此溫度下注入其體積0.5倍的溶解后的SbCl₃溶液，并保溫5min，得到棕黑色粘稠物，該棕黑色粘稠物在氮氣保護下降至室溫。

其中：溶解后的SbCl₃溶液是指將SbCl₃按每0.05mmol用0.05mL甲苯溶解所得的溶液。

⑶在步驟⑵所得的棕黑色粘稠物中加入其質量30倍的丙酮進行溶解，得到伴有黑色小顆粒的紅棕色透明液體。

⑷伴有黑色小顆粒的紅棕色透明液體在速率為4000rpm、次數為2次、每次時間為60s的條件下經離心后，得到沉淀物，該沉淀物經其體積0.5倍的正己烷洗滌2遍后在溫度為30℃、真空度為-0.09MPa的條件下真空干燥至恒重，即得Sb納米顆粒。

實施例2 一種用碳量子點還原SbCl₃制備Sb單質的方法，包括以下步驟：

⑴將葡萄糖、油胺混合后于室溫下攪拌，在惰性氣體氮氣的保護下以20℃/min的速率加熱到300℃，并于該溫度下保溫40min，得到紅棕色液體。

其中：葡萄糖與油胺的質量體積比為1g ：5mL。

⑵將紅棕色液體的溫度調控至250℃后，于此溫度下注入其體積2倍的溶解后的SbCl₃溶液，并保溫30min，得到棕黑色粘稠物，該棕黑色粘稠物在氮氣保護下降至室溫。

其中：溶解后的SbCl₃溶液是指將SbCl₃按每5mmol用5mL甲苯溶解所得的溶液。

⑶在步驟⑵所得的棕黑色粘稠物中加入其質量100倍的丙酮進行溶解，得到伴有黑色小顆粒的紅棕色透明液體。

⑷伴有黑色小顆粒的紅棕色透明液體在速率為9000rpm、次數為9次、每次時間為300s的條件下經離心后，得到沉淀物，該沉淀物經其體積3倍的正己烷洗滌9遍后在溫度為60℃、真空度為-0.05MPa的條件下真空干燥至恒重，即得Sb納米顆粒。

實施例3 一種用碳量子點還原SbCl₃制備Sb單質的方法，包括以下步驟：

⑴將葡萄糖、油胺混合后于室溫下攪拌，在惰性氣體氮氣的保護下以10℃/min的速率加熱到200℃，并于該溫度下保溫10min，得到紅棕色液體。

其中：葡萄糖與油胺的質量體積比為0.1g ：1mL。

⑵將紅棕色液體的溫度調控至130℃后，于此溫度下注入其體積1倍的溶解后的SbCl₃溶液，并保溫10min，得到棕黑色粘稠物，該棕黑色粘稠物在氮氣保護下降至室溫。

其中：溶解后的SbCl₃溶液是指將SbCl₃按每0.2mmol用1mL甲苯溶解所得的溶液。

⑶在步驟⑵所得的棕黑色粘稠物中加入其質量60倍的丙酮進行溶解，得到伴有黑色小顆粒的紅棕色透明液體。

⑷伴有黑色小顆粒的紅棕色透明液體在速率為8000rpm、次數為5次、每次時間為180s的條件下經離心后，得到沉淀物，該沉淀物經其體積2倍的正己烷洗滌8遍后在溫度為30℃、真空度為-0.07MPa的條件下真空干燥至恒重，即得Sb納米顆粒。

實施例4 一種用碳量子點還原SbCl₃制備Sb單質的方法，包括以下步驟：

⑴將葡萄糖、油胺混合后于室溫下攪拌，在惰性氣體氮氣的保護下以10℃/min的速率加熱到180℃，并于該溫度下保溫30min，得到紅棕色液體。

其中：葡萄糖與油胺的質量體積比為0.5g ：3mL。

⑵將紅棕色液體的溫度調控至150℃后，于此溫度下注入其體積1.5倍的溶解后的SbCl₃溶液，并保溫15min，得到棕黑色粘稠物，該棕黑色粘稠物在氮氣保護下降至室溫。

其中：溶解后的SbCl₃溶液是指將SbCl₃按每25mmol用2mL甲苯溶解所得的溶液。

⑶在步驟⑵所得的棕黑色粘稠物中加入其質量80倍的丙酮進行溶解，得到伴有黑色小顆粒的紅棕色透明液體。

⑷伴有黑色小顆粒的紅棕色透明液體在速率為5000rpm、次數為3次、每次時間為240s的條件下經離心后，得到沉淀物，該沉淀物經其體積2.5倍的正己烷洗滌5遍后在溫度為40℃、真空度為-0.08MPa的條件下真空干燥至恒重，即得Sb納米顆粒。

實施例5 一種用碳量子點還原SbCl₃制備Sb單質的方法，包括以下步驟：

⑴將葡萄糖、油胺混合后于室溫下攪拌，在惰性氣體氮氣的保護下以15℃/min的速率加熱到250℃，并于該溫度下保溫35min，得到紅棕色液體。

其中：葡萄糖與油胺的質量體積比為0.8g ：1mL。

⑵將紅棕色液體的溫度調控至200℃后，于此溫度下注入其體積2倍的溶解后的SbCl₃溶液，并保溫25min，得到棕黑色粘稠物，該棕黑色粘稠物在氮氣保護下降至室溫。

其中：溶解后的SbCl₃溶液是指將SbCl₃按每3mmol用4mL甲苯溶解所得的溶液。

⑶在步驟⑵所得的棕黑色粘稠物中加入其質量60倍的丙酮進行溶解，得到伴有黑色小顆粒的紅棕色透明液體。

⑷伴有黑色小顆粒的紅棕色透明液體在速率為6000rpm、次數為6次、每次時間為180s的條件下經離心后，得到沉淀物，該沉淀物經其體積2倍的正己烷洗滌5遍后在溫度為50℃、真空度為-0.07MPa的條件下真空干燥至恒重，即得Sb納米顆粒。

實施例6 一種用碳量子點還原SbCl₃制備Sb單質的方法，包括以下步驟：

⑴將葡萄糖、油胺混合后于室溫下攪拌，在惰性氣體氮氣的保護下以15℃/min的速率加熱到280℃，并于該溫度下保溫30min，得到紅棕色液體。

其中：葡萄糖與油胺的質量體積比為0.7g ：3.5mL。

⑵將紅棕色液體的溫度調控至230℃后，于此溫度下注入其體積1倍的溶解后的SbCl₃溶液，并保溫25min，得到棕黑色粘稠物，該棕黑色粘稠物在氮氣保護下降至室溫。

其中：溶解后的SbCl₃溶液是指將SbCl₃按每3mmol用3.5mL甲苯溶解所得的溶液。

⑶在步驟⑵所得的棕黑色粘稠物中加入其質量50倍的丙酮進行溶解，得到伴有黑色小顆粒的紅棕色透明液體。

⑷伴有黑色小顆粒的紅棕色透明液體在速率為7000rpm、次數為8次、每次時間為240s的條件下經離心后，得到沉淀物，該沉淀物經其體積1.2倍的正己烷洗滌6遍后在溫度為30℃、真空度為-0.07MPa的條件下真空干燥至恒重，即得Sb納米顆粒。