[发明专利]一种层状钙钛矿的低温制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种层状钙钛矿的制备方法，特别是涉及一种Ruddlesden-Popper型层状钙钛矿A₃B₂O₇的低温制备方法。

背景技术

Ruddlesden-Popper（R-P）型层状钙钛矿是一种具有层状结构的类钙钛矿型复合氧化物，其分子式可简写为A_n+1B_nO_3n+1或AO(ABO₃)n，其基本结构可认为是岩盐层AO插入原始钙钛矿而形成的二维插层结构。二维有序使其具有优越的热稳定性；同时，包含大阳离子的岩盐层AO形成了疏松的镜面层，有利于氧物种或离子的层间传输，使其具有优越的传输性能。自1957年，S. N. Ruddlesden和P. Popper首次合成了Sr₃Ti₂O₇（S. N. Ruddlesden and P. Popper, Acta Cryst., 1958, 11, 54.）以来，优越的氧传输性能、热力学稳定性以及热化学相容性使该类材料得到广泛重视，在电、磁、光、催化、透氧膜、中温燃料电池等领域具有良好的研究前景。Y. Maeno 等（Y. Maeno et al., Nature, 1994, 372, 532-534.）报道了R-P型层状钙钛矿Sr₂RuO₄的超导电性，发现即使不含Cu元素，层状钙钛矿依然会有优越的导电性能。K.-N. Jung等（K.-N. Jung et al., Chem. Commun., 2012, 48, 9406-9408.）发现在Li-O₂电池中，层状钙钛矿La_1.7Ca_0.3Ni_0.75Cu_0.25O₄可显著促进Li₂O₂的氧化。作为铁磁体的层状钙钛矿在磁学领域被广泛研究。Y. Moritomo等（Y. Moritomo et al., Nature, 1996, 380, 141-144.）报道了层状钙钛矿(La,Sr)_n+1Mn_nO_3n+1的巨磁电阻效应。之后H. Asano等（H. Asano et al., Appl. Phys. Lett., 1997, 70, 2303-2305.）研究了层状钙钛矿La_2-2xCa_1+2xMn₂O₇呈外延薄膜和多晶块体时的磁运输性能。D. Neiner等（D. Neiner et al., Chem. Mater., 2006, 18, 518-524.）合成了层状钙钛矿Li_0.3Ni_0.85La₂Ti₃O₁₀，该化合物呈现出在镍基氧化物中很少见的铁磁性。另外，层状钙钛矿疏松的离子通道使其在光催化领域逐渐受到重视。已见报道的有Pb₂Ga₂Nb₂O₁₀和RbPb₂Nb₂O₇（K.G. Kanade et al., Int. J. Hydrogen Energ., 2008, 33, 6904-6912.）、ABi₂Ta₂O₉(A = Ca, Sr, Ba)（Y. Li et al., J. Solid State Chem., 2008, 181, 2653-2659.）等。然而，层状钙钛矿优越性能的进一步扩展和研究却受到其制备条件的限制。传统的制备技术条件苛刻，一般需要高温（≥1300 °C）、高压以及较长的煅烧时间（15 ~ 36 h）（N.H. Hur et al., Solid State Commun., 1999, 112, 61-65; T. Murata et al., J. Magn. Magn. Mater., 2006, 303, 138-141; Y. Tsujimoto et al., Chem. Commun., 2011, 47, 3263-3265.）。这导致该类材料普遍具有较低的比表面积，且制备条件苛刻导致实现起来困难，不利于其广泛应用。