本發明專利技術涉及一種鈣鈦礦型鑭鍶鈷氧分級介孔結構納米線及其制備方法，其可作為在鋰空氣電池、燃料電池或其他電化學器件的催化劑材料，其直徑為100~150nm，長度為1-2μm，其比表面積高達96.8m2/g，其由大量相互連接的納米短棒搭接而成，搭接部分形成大量堆積孔，所述的納米短棒直徑為30~50nm，其表面存在大量由于結構缺陷而造成的小孔，本發明專利技術的有益效果是：利用多步微乳液自組裝法，結合后期退火處理，獲得鈣鈦礦型鑭鍶鈷氧分級介孔納米線，其作為鋰空氣電池、燃料電池或其他電化學器件等催化劑材料，有良好的電催化性能，具有極高的比電容量；本發明專利技術具有原料廉價、工藝簡單環保、材料電化學性能優異的特點。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于納米材料與電化學器件
，具體涉及一種鈣鈦礦型鑭鍶鈷氧 (LSCO)分級介孔結構納米線及其制備方法，該材料可作為在鋰空氣電池、燃料電池或其他電化學器件的催化劑材料。
技術介紹
鋰空氣電池以其超高的比容量和能量密度被儲能領域學者們廣泛關注，由于其正極參與化學反應的O2不在電池內部而來源于外界環境，因此鋰空氣電池可以提供超高的能量密度(5000 Wh/kg)，為相同質量鋰離子電池的十倍以上。同時反應過程不會產生對環境有害的物質，為研究新一代高容量綠色儲能器件提供了選擇，未來可能會在電動汽車等領域中得到較為廣泛的應用。由于電池反應產物和電解液分解產物如Li2O、Li202、Li2CO3等在正極部分沉積，分解產物附著在電池催化劑表面，對氧氣傳輸通道產生堵塞，使催化劑利用效率大大降低，導致普通鋰空氣電池無法提供足夠的能量密度。分級介孔納米材料由于其大的比表面積、更好的通透性、更多的表面活性位等結構特征，能減少鋰空氣電池反應產物和電解液分解產物對氧氣傳輸通道的堵塞，提高催化劑利用效率，提高鋰空氣電池能量密度，使其具備在催化、電化學等多方面的廣泛的應用前景。由于鈣鈦礦型鑭鍶鈷氧材料的結構缺陷，可提供良好的氧氣通道，在電催化領域具有重要的應用。另外，采用簡單的多步微乳液自組裝的方法，結合后期慢速退火處理，僅需要控制反應時間與反應溫度，即可實現產物可控合成，方法簡單，利于市場化推廣。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種工藝簡單，具有優良電催化性能的鈣鈦礦型鑭鍶鈷氧分級介孔納米線及其制備方法。本專利技術還提供了鈣鈦礦型鑭鍶鈷氧分級介孔納米線作為鋰空氣電池、燃料電池或其他電化學器件的催化劑材料的應用。本專利技術解決上述技術問題所采用的技術方案是鈣鈦礦型鑭鍶鈷氧分級介孔納米線，其直徑為10(Tl50 nm，長度為1-2 μ m，其比表面積高達96. 8 m2/g，其由大量相互連接的納米短棒搭接而成，搭接部分形成大量堆積孔，所述的納米短棒直徑為3(T50 nm，其表面存在大量由于結構缺陷而造成的小孔，其為下述方法制備的產物1)按異辛烷正丁醇=15 18ml 3 ml配制異辛烷/正丁醇混合液，加入3. O g CTAB,磁力攪拌直至無大顆粒，重復上述步驟，得到兩份異辛烷-正丁醇-CTAB的混合物；2)再將2.75 ml的I M KOH水溶液緩慢滴加入到步驟I)得到的其中一份異辛烷_正丁醇-CTAB的混合物中，磁力攪拌至形成澄清穩定的KOH微乳液；3)配制O. 5 mol/L 的 La (NO3) 3、Sr (NO3) 2 和 Co (NO3) 2 水溶液，按 La (NO3) 3 Sr (NO3) 2 Co (NO3)2=O. 5ml :0. 5ml :1ml均勻混合，緩慢滴加入步驟I)得到的另一份異辛烷/正丁醇/CTAB的混合物中，磁力攪拌至形成澄清穩定的La(NO3)3-Sr(NO3)2 -Co (NO3)2微乳液；4)將步驟2)所得的KOH微乳液和步驟3 )所得的La (NO3) 3 -Sr (NO3) 2 -Co (NO3) 2微乳液混合，快速攪拌I小時，然后緩慢攪拌4飛小時，得到產物；5)將步驟4)得到的產物離心分離，用乙醇和去離子水反復離心洗滌、干燥，得到鈣鈦礦 型鑭鍶鈷氧分級介孔納米線。按上述方案，洗滌得到的產物在80°C下干燥12 24小時。按上述方案，還包括有退火處理，即將干燥產物在氬氣下以1°C /min的升溫速度升溫到 75(T850°C。所述的鈣鈦礦型鑭鍶鈷氧分級介孔納米線的制備方法，其特征在于包括有以下步驟1)按異辛烷正丁醇=15 18ml 3 ml配制異辛烷/正丁醇混合液，加入3. O g CTAB,磁力攪拌直至無大顆粒，重復上述步驟，得到兩份異辛烷-正丁醇-CTAB的混合物；2)再將2.75 ml的I M KOH水溶液緩慢滴加入到步驟I)得到的其中一份異辛烷_正丁醇-CTAB的混合物中，磁力攪拌至形成澄清穩定的KOH微乳液；3)配制O. 5 mol/L 的 La (NO3) 3、Sr (NO3) 2 和 Co (NO3) 2 水溶液，按 La (NO3) 3 Sr (NO3) 2 Co (NO3)2=O. 5ml :0. 5ml :1ml均勻混合，緩慢滴加入步驟I)得到的另一份異辛烷/正丁醇/CTAB的混合物中，磁力攪拌至形成澄清穩定的La(NO3)3-Sr(NO3)2 -Co (NO3)2微乳液；4)將步驟2)所得的KOH微乳液和步驟3 )所得的La (NO3) 3 -Sr (NO3) 2 -Co (NO3) 2微乳液混合，快速攪拌I小時，然后緩慢攪拌4飛小時，得到產物；5)將步驟4)得到的產物離心分離，用乙醇和去離子水反復離心洗滌、干燥和退火處理，得到鈣鈦礦型鑭鍶鈷氧分級介孔納米線。按上述方案，洗滌得到的產物在80°C下干燥12 24小時。按上述方案，還包括有退火處理，即將干燥產物在氬氣下以1°C /min的升溫速度升溫到 75(T850°C。所述的鈣鈦礦型鑭鍶鈷氧分級介孔納米線作為鋰空氣電池、燃料電池或其他電化學器件的催化劑材料的應用。本專利技術的有益效果是本專利技術利用多步微乳液自組裝法，結合后期退火處理，獲得了鈣鈦礦型鑭鍶鈷氧分級介孔納米線，該材料作為鋰空氣電池、燃料電池或其他電化學器件等催化劑材料，有良好的電催化性能，具有極高的比電容量；本專利技術具有原料廉價、工藝簡單環保、材料電化學性能優異的特點；本專利技術在鋰空氣電池、燃料電池或其他電化學器件上有較大的應用潛力。本專利技術的鈣鈦礦型鑭鍶鈷氧分級介孔納米線的分級介孔結構與其性能的提高密切相關，第一，電催化性能與比表面積具有緊密關系，LSCO分級介孔納米線的比表面積高達96. 8 m2 g — \明顯高于文獻報道的LSCO材料和LSCO納米顆粒11. 87 m2 g 1 ;第二，即使在電解液分解產物沉積在催化劑和電極表面的情況下，相互搭接的LSCO納米短棒所提供的非連續的孔道結構依然可為氧氣的傳到提供連續的通道；第三，鈣鈦礦型的本身存在缺陷的結構和LSCO納米短棒表面的多孔結構可在更低尺度上增加氧氣的流動性，在動力學上提高ORR催化效率；第四，這種分級結構可有效減小材料自團聚的發生，在催化過程中保證與氧氣的充分接觸，充分發揮納米材料的優勢。這表明分級介孔結構可有效地提高電化4CN 102945969 A說明書3/6 頁學性能，鈣鈦礦型鑭鍶鈷氧分級介孔納米線在鋰空氣電池、燃料電池或其他電化學器件上有較大的應用潛力。附圖說明圖I是本專利技術實施例I所得的鈣鈦礦型鑭鍶鈷氧分級介孔納米線的XRD圖，嵌入圖為鈣鈦礦型鑭鍶鈷氧原子結構模型圖2是本專利技術實施例I所得的鈣鈦礦型鑭鍶鈷氧分級介孔納米線N2吸附脫附曲線，嵌入圖為鈣鈦礦型鑭鍶鈷氧分級介孔納米線的BJH孔徑分布曲線；圖3是本專利技術實施例I所得的鈣鈦礦型鑭鍶鈷氧分級介孔納米線的SEM圖4是本專利技術實施例I所得的鈣鈦礦型鑭鍶鈷氧分級介孔納米線的TEM圖； 圖5是本專利技術實施例I所得的鈣鈦礦型鑭鍶鈷氧分級介孔納米線的HRTEM圖6是本專利技術實施例I所得的鈣鈦礦型鑭鍶鈷氧分級介孔納米線節點處的HRTEM圖和所選區域FFT花樣；圖7是本專利技術實施例I所得的鈣鈦礦型鑭鍶鈷氧分級介孔納米線的合成機理圖8是本專利技術實施例I所本文檔來自技高網...
【技術保護點】
鈣鈦礦型鑭鍶鈷氧分級介孔納米線，其直徑為100~150?nm，長度為1?2μm，其比表面積高達96.8?m2/g，其由大量相互連接的納米短棒搭接而成，搭接部分形成大量堆積孔，所述的納米短棒直徑為30~50?nm，其表面存在大量由于結構缺陷而造成的小孔，其為下述方法制備的產物：1）按異辛烷：正丁醇=15?~18?ml：3?ml?配制異辛烷/正丁醇混合液，加入3.0?g?CTAB，磁力攪拌直至無大顆粒，重復上述步驟，得到兩份異辛烷?正丁醇??CTAB?的混合物；2）再將2.75?ml的1?M?KOH?水溶液緩慢滴加入到步驟1）得到的其中一份異辛烷?正丁醇?CTAB的混合物中，磁力攪拌至形成澄清穩定的KOH微乳液；3）配制0.5?mol/L的?La(NO3)3、Sr(NO3)2?和?Co(NO3)2水溶液，按La(NO3)3：Sr(NO3)2?：Co(NO3)2=0.5ml：0.5ml：1ml均勻混合，緩慢滴加入步驟1）得到的另一份異辛烷/正丁醇/CTAB的混合物中，磁力攪拌至形成澄清穩定的La(NO3)3??Sr(NO3)2??Co(NO3)2?微乳液；4）將步驟2）所得的KOH微乳液和步驟3）所得的La(NO3)3??Sr(NO3)2??Co(NO3)2?微乳液混合，快速攪拌1小時，然后緩慢攪拌4~6小時，得到產物；5）將步驟4）得到的產物離心分離，用乙醇和去離子水反復離心洗滌、干燥，得到鈣鈦礦型鑭鍶鈷氧分級介孔納米線。...
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：麥立強，趙云龍，石長瑋，
申請(專利權)人：武漢理工大學，
類型：發明
國別省市：
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