本发明公开了一种杆状铁酸锌及其制备方法。所述的状铁酸锌直径为7.0-500纳米，长径比为3.0到20，杆状径向由1到20个纳米颗粒构成，单个纳米颗粒的尺寸为7.0-30纳米。所述的一种杆状铁酸锌的制备方法，选用硫酸亚铁与氯化锌为原料，以草酸为沉淀剂，进行室温沉淀，混合反应后，经陈化、离心、洗涤、干燥和热处理得到由纳米颗粒构筑的杆状铁酸锌。该方法不仅可以制得纳米颗粒构筑的杆状铁酸锌，而且可实现长径比为3.0到20的形貌调控，径向纳米颗粒分布数为1到20个的结构调控；纳米颗粒构筑的杆状铁酸锌适合作为锂离子电池负极材料，同时也适合作为光催化材料。
所述杆状铁酸锌的直径为7.0-500纳米，长径比为3.0到20，杆状径向由1到20个纳米颗粒构成，单个纳米颗粒的尺寸为7.0-30纳米，所述的杆状铁酸锌的制备方法是：选用硫酸亚铁与氯化锌为原料，以草酸为沉淀剂，进行室温沉淀，混合反应后，经陈化、离心、洗涤、干燥和热处理得到由纳米颗粒构筑的杆状铁酸锌，具体制备步骤如下：(1)向经脱氧处理的去离子水中加入部分环己烷进行隔绝空气，然后加入硫酸亚铁和氯化锌，硫酸亚铁与氯化锌摩尔比为2.0，其中硫酸亚铁浓度为0.01-5.0摩尔/升，缓慢搅拌30分钟后，加入少量盐酸，得到透明硫酸亚铁和氯化锌水溶液；
(2)配置草酸酒精溶液，草酸浓度为1.0-2.0摩尔/升，控制搅拌速度为100-2000转/分钟；
(3)在硫酸亚铁和氯化锌水溶液隔绝空气的条件下，以0.5-4.0毫升/分钟的速率匀速加入到搅拌状态的草酸酒精溶液；
(4)反应完成后，经过0-36小时陈化，离心、洗涤数次后在50-100℃下干燥3-8小时，最后在200-800℃下热处理0.5-4小时，获得由尺寸为7.0-30纳米的颗粒构筑的杆状铁酸锌。
2.根据权利要求1所述的一种杆状铁酸锌的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述浓度为0.01-5.0摩尔/升的硫酸亚铁，溶液条件为隔绝空气和脱氧。
3.根据权利要求1所述的一种杆状铁酸锌的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述酒精用水、乙二醇或向溶液中添加表面活性剂替代；所述酒精用酒精和乙二醇溶液替代；所述酒精用酒精、乙二醇溶液和向溶液中添加表面活性剂替代；上述产物仍为纳米颗粒构筑成杆状结构。
4.根据权利要求1所述的一种杆状铁酸锌的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述加入速率可以调控产物长径比，速率为0.1-2.0毫升/分钟时，产物长径比为10-20，速率为5.0-10毫升/分钟时，产物长径比为3.0-5.0。
5.根据权利要求1所述的一种杆状铁酸锌的制备方法，其特征在于；
步骤(4)中所述的静置时间为调控产物长径比，静置时间为0-2小时，产物长径比为
10-20，静置时间为24-36小时，产物长径比为3.0-5.0。
(1)向经除氧处理的去离子水中加入部分环己烷隔绝空气，然后加入硫酸亚铁，浓度为
0.1-1.0摩尔/升，缓慢搅拌30分钟后，加入少量盐酸，得到均匀透明硫酸亚铁水溶液；
(2)配置草酸酒精溶液，草酸浓度为1.0-1.7摩尔/毫升，控制搅拌为1000-2000转/分钟；
(3)在硫酸亚铁水溶液隔绝空气的条件下，以0.5-1.0毫升/分钟的速率匀速加入到搅拌状态中的草酸酒精溶液；
(4)反应完成后，经过12小时静置，离心分离、酒精和水洗涤数次后在60℃下干燥7小时，最后在400-600摄氏度下热处理3-4小时，获得杆状氧化铁的直径为50-500纳米，长径比为8到13，杆状径向由8到15个纳米颗粒构成，单个纳米颗粒的尺寸为7.0-15纳米。
(1)向经除氧处理的去离子水中加入部分环己烷隔绝空气，然后加入氯化锌，浓度为
0.1-1.0摩尔/升，缓慢搅拌30分钟后，加入少量盐酸，得到均匀透明氯化锌水溶液；
(2)配置草酸酒精溶液，草酸浓度为1.0-1.7摩尔/毫升，控制搅拌为300-400转/分钟；
(3)在氯化锌水溶液隔绝空气的条件下，以0.5-1.0毫升/分钟的速率匀速加入到搅拌状态中的草酸酒精溶液；
(4)反应完成后，经过12小时静置，离心分离、酒精和水洗涤数次后在60℃下干燥7小时，最后在400-600℃下热处理3-4小时，获得杆状氧化锌的直径为200-900纳米，长径比为
3.0到5.0，杆状径向由10到20个纳米颗粒构成，单个纳米颗粒的尺寸为7.0-15纳米。
一种杆状铁酸锌及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种无机功能材料的制备方法，特别是涉及一种采用草酸沉淀制备纳米颗粒构筑杆状铁酸锌，属于无机先进纳米材料制备工艺技术领域。
背景技术
[0002] 锂离子电池具有电压高，比容量大，密度高以及循环寿命长等诸多优点，已成为新型动力电池研究与开发的热点之一。然而，要想满足锂离子电池在电动汽车与混合动力汽车领域发挥更大的潜力，就必须具有更高的比容量和倍率性能。目前，金属氧化物和合金具有较高的比容量成为新一代电极材料，一维杆状结构具有良好锂离子穿梭通道，因此具有良好的电化学性能。
[0003] 铁酸锌理论比容量超过1000毫安时/克，且具有原材料广泛、生成成本低成为理想的锂离子电池负极材料。但是，铁酸锌在充放电循环过程中，体积的膨胀和收缩造成电极材料内部应力集中，造成电极粉化，降低其循环寿命。为了改善铁酸锌的电化学性能，研究者进行了大量研究，主要集中在改变材料的结构和形貌、掺杂和制备复合材料等。纳米颗粒具有较好的电化学性能，但在大电流密度下依然会快速下降，究其原因是高的表面能导致其充放电过程中的自我团聚与电解液分解，降低了活性物质同电解液的有效接触面积并带来了很大的安全隐患。相比于纳米颗粒，组装构筑成的超细晶金属氧化物，不仅可以通过降低表面能，避免团聚和保证安全性，还通过充分保留纳米尺寸效应，提高其电化学性能优势。因此通过纳米颗粒构筑一维杆状结构成为一种提高电极材料电化学性能的一个良好途径。
发明内容
[0004] 本发明的目的是提供一种杆状铁酸锌及其制备方法，该制备方法工艺简单、成本低、产物形貌可控，并且制备的铁酸锌具有优良的电化学性能等。
[0005] 本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
[0006] 一种杆状铁酸锌，所述的状铁酸锌直径为7.0-500纳米，长径比为3.0到20，杆状径向由1到20个纳米颗粒构成，单个纳米颗粒的尺寸为7.0-30纳米。
[0007] 上述一种杆状铁酸锌的制备方法，选用硫酸亚铁与氯化锌为原料，以草酸为沉淀剂，进行室温沉淀，混合反应后，经陈化、离心、洗涤、干燥和热处理得到由纳米颗粒构筑的杆状铁酸锌，具体制备步骤如下：
[0008] （1）向经脱氧处理的去离子水中加入部分环己烷进行隔绝空气，然后加入硫酸亚铁和氯化锌，硫酸亚铁与氯化锌摩尔比为2.0，其中硫酸亚铁浓度为0.01-5.0摩尔/每升，缓慢搅拌30分钟后，加入少量盐酸，得到透明硫酸亚铁和氯化锌水溶液；
[0009] （2）配置草酸酒精溶液，草酸浓度为1.0-2.0摩尔/升，控制搅拌速度为100-2000转/分钟；
[0010] （3）在硫酸亚铁和氯化锌水溶液隔绝空气的条件下，以0.5-4.0毫升/分钟的速率匀速加入到搅拌状态的草酸酒精溶液；
[0011] （4）反应完成后，经过0-36小时陈化，离心、洗涤数次后在50-100℃下干燥3-8小时，最后在200-800℃下热处理0.5-4小时，获得由尺寸为7.0-30纳米的颗粒构筑的杆状铁酸锌。
[0012] 步骤（1）中所述浓度为0.01-5.0摩尔/升的硫酸亚铁，溶液条件为隔绝空气和脱氧。
[0013] 步骤（1）中所述的硫酸亚铁与氯化锌，以硫酸亚铁或氯化锌替换，产物变为氧化铁或氧化锌，但形貌结构不发生变化，即仍为纳米颗粒构筑成杆状结构。
[0014] 步骤（2）中所述酒精用水、乙二醇或向溶液中添加表面活性剂替代；所述酒精用酒精和乙二醇溶液替代；所述酒精用酒精、乙二醇溶液和向溶液中添加表面活性剂替代；上述产物仍为纳米颗粒构筑成杆状结构。
[0015] 步骤（3）中所述加入速率可以调控产物长径比，速率为0.1-2.0毫升/分钟时，产物长径比为10-20，速率为5.0-10毫升/分钟时，产物长径比为3.0-5.0。
[0016] 步骤（4）中所述的静置时间为调控产物长径比，静置时间为0-2小时，产物长径比为10-20，静置时间为24-36小时，产物长径比为3.0-5.0。
[0017] 步骤（4）中所述的热处理温度为200-800℃，热处理时间为0.5-4小时。
[0018] 本发明具有以下优点：
[0019] 1)本发明的反应机理是草酸盐前驱体产物受热分解形成纳米颗粒构筑杆状结构，前驱体形貌经形态模板化成核过程遗传到产物铁酸锌。
[0020] 2)本发明的铁酸锌杆状结构由纳米铁酸锌团聚组成，纳米颗粒之间存在取向搭接的特点；纳米颗粒团聚杆状结构具有纳米颗粒比表面积大的特性；并且纳米颗粒之间形成介孔，有利于协调锂离子电池充放电过程中的体积膨胀。
[0021] 3)本发明通过调控加入速率以及陈化时间可以有效控制纳米颗粒团聚的尺寸，控制杆状结构的长径比以及径向纳米颗粒的分布数目，可实现径向纳米颗粒分布数为1个到20个之间的结构调控，长径比由3.0到20的形貌调控。
[0022] 4)本发明沉淀过程为室温反应，后续热处理工艺简单，绿色环保，并最终降低了制造成本和工艺复杂度。
附图说明
[0023] 图1为本发明制备的铁酸锌X射线衍射分析。
[0024] 图2为本发明制备的铁酸锌场发射形貌观察，能够清晰的看出铁酸锌表面不光滑，杆状直径为；a)10-100纳米，b)50-500纳米，c)100-400纳米。
[0025] 图3为本发明制备的铁酸锌透射形貌观察，能够清晰的看出铁酸锌为纳米颗粒构筑形成以及颗粒之间的介孔结构，长径比18-20，径向颗粒为4-5个。
[0026] 图4为本发明制备的铁酸锌作为锂离子电池负极材料的充放电曲线图，首次容量超过1200毫安时/克。
[0027] 图5为本发明制备的铁酸锌作为锂离子电池负极材料的充放电循环性能，50次后容量保存在1000毫安时/克以上。
具体实施方式
[0028] 实施例一
[0029] （1）向经脱氧处理的去离子水中加入部分环己烷隔绝空气，然后加入硫酸亚铁和氯化锌，硫酸亚铁与氯化锌摩尔比为2.0，其中硫酸亚铁浓度为0.1-0.25摩尔/升，缓慢搅拌30分钟后，加入少量盐酸，得到透明硫酸亚铁和氯化锌水溶液；
[0030] （2）配置草酸酒精溶液，草酸浓度为1.3-1.7摩尔/毫升，控制搅拌为500-600转/分钟；
[0031] （3）在硫酸亚铁和氯化锌水溶液隔绝空气的条件下，以1.0-2.0毫升/分钟的速率匀速加入到搅拌状态的草酸酒精溶液；
[0032] （4）反应完成后，经过0小时陈化，离心、洗涤数次后在60℃下干燥8小时，最后在400-800℃下热处理2-3小时，获得杆状铁酸锌的直径为7.0-20纳米，长径比为18到20，杆状径向由1到3个纳米颗粒构成，单个纳米颗粒的尺寸为7.0-15纳米。
[0033] 实施例二
[0034] （1）向经除氧处理的去离子水中加入部分环己烷隔绝空气，然后加入硫酸亚铁和氯化锌，硫酸亚铁与氯化锌摩尔比为2.0，其中硫酸亚铁浓度为0.2-1.0摩尔/每升，缓慢搅拌30分钟后，加入少量盐酸，得到均匀透明硫酸亚铁和氯化锌水溶液；
[0035] （2）配置草酸酒精溶液，草酸浓度为1.0-1.7摩尔/毫升，控制搅拌为1000-2000转/分钟；
[0036] （3）在硫酸亚铁和氯化锌水溶液隔绝空气的条件下，以2.0-3.0毫升/分钟的速率匀速加入到搅拌状态中的草酸酒精溶液；
[0037] （4）反应完成后，经过6小时静置，离心分离、酒精和水洗涤数次后在60℃下干燥8小时，最后在500-700摄氏度下热处理3-4小时，获得杆状铁酸锌的直径为10-100纳米，长径比为10到15，杆状径向由3到5个纳米颗粒构成，单个纳米颗粒的尺寸为10-20纳米。
[0038] 实施例三
[0039] （1）向经除氧处理的去离子水中加入部分环己烷隔绝空气，然后加入硫酸亚铁和氯化锌，硫酸亚铁与氯化锌摩尔比为2.0，其中硫酸亚铁浓度为0.1-1.0摩尔/每升，缓慢搅拌30分钟后，加入少量盐酸，得到均匀透明硫酸亚铁和氯化锌水溶液；
[0040] （2）配置草酸酒精与乙二醇混合溶液，草酸浓度为1.0-1.7摩尔/毫升，控制搅拌为100-200转/分钟；
[0041] （3）在硫酸亚铁和氯化锌水溶液隔绝空气的条件下，以0.5-1.0毫升/分钟的速率匀速加入到搅拌状态中的草酸酒精溶液；
[0042] （4）反应完成后，经过6小时静置，离心分离、酒精和水洗涤数次后在60℃下干燥7小时，最后在400-600℃下热处理3-4小时，获得杆状铁酸锌的直径为50-200纳米，长径比为15到18，杆状径向由5到8个纳米颗粒构成，单个纳米颗粒的尺寸为7.0-15纳米。
[0043] 实施例四
[0044] （1）向经除氧处理的去离子水中加入部分环己烷隔绝空气，然后加入硫酸亚铁，浓度为0.1-1.0摩尔/每升，缓慢搅拌30分钟后，加入少量盐酸，得到均匀透明硫酸亚铁水溶液；
[0045] （2）配置草酸酒精溶液，草酸浓度为1.0-1.7摩尔/毫升，控制搅拌为1000-2000转/分钟；
[0046] （3）在硫酸亚铁水溶液隔绝空气的条件下，以0.5-1.0毫升/分钟的速率匀速加入到搅拌状态中的草酸酒精溶液；
[0047] （4）反应完成后，经过12小时静置，离心分离、酒精和水洗涤数次后在60℃下干燥7小时，最后在400-600摄氏度下热处理3-4小时，获得杆状氧化铁的直径为50-500纳米，长径比为8到13，杆状径向由8到15个纳米颗粒构成，单个纳米颗粒的尺寸为7.0-15纳米。
[0048] 实施例五
[0049] （1）向经除氧处理的去离子水中加入部分环己烷隔绝空气，然后加入氯化锌，浓度为0.1-1.0摩尔/每升，缓慢搅拌30分钟后，加入少量盐酸，得到均匀透明氯化锌水溶液；
[0050] （2）配置草酸酒精溶液，草酸浓度为1.0-1.7摩尔/毫升，控制搅拌为300-400转/分钟；
[0051] （3）在氯化锌水溶液隔绝空气的条件下，以0.5-1.0毫升/分钟的速率匀速加入到搅拌状态中的草酸酒精溶液；
[0052] （4）反应完成后，经过12小时静置，离心分离、酒精和水洗涤数次后在60℃下干燥7小时，最后在400-600℃下热处理3-4小时，获得杆状氧化锌的直径为200-900纳米，长径比为3.0到5.0，杆状径向由10到20个纳米颗粒构成，单个纳米颗粒的尺寸为7.0-15纳米。
