[发明专利]一种空心结构CeO2

说明书

本公开涉及一种空心球状CeO₂@C核‑壳纳米复合材料及其制备方法与应用，首先通过溶剂热法制备CeO₂空心球；然后在CeO₂表面包覆一层RF，通过在惰性气氛中煅烧可得空心球状CeO₂@C核‑壳纳米复合材料。通过改变间苯二酚和甲醛的量，从而可以调节外壳C层的厚度。此过程中，制备方法简单，制备过程安全，绿色环保，能耗低，可操作性强。且本公开中制备的CeO₂表面粗糙，具有介孔结构，既可以增加比表面积，使CeO₂与C层接触面积增大，又可以促进离子和电子的扩散，有效提高电化学性能。

技术领域

本公开属于纳米材料合成技术领域，具体涉及一种空心结构CeO₂@C核-壳纳米复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

这里的陈述仅提供与本公开有关的背景信息，而不必然构成现有技术。

由于日渐增多的燃料消耗，发展一种高能量密度的能量转换和存储设备具有重大意义。目前，电化学存储已经成为世界范围内的研究热点。锂离子电池运用于电子运输和能量存储设备已经引起了人们广泛的研究兴趣，锂离子电池又叫二次电池，较高的能量密度和较长的循环寿命使其能解决现代电子工业的紧急需求，其中电动汽车和大型电网的应用前景尤为广阔。目前，锂离子电池电极材料主要分为三类：碳材料、导电聚合物材料以及过渡金属化合物材料。

过渡金属氧化物是一类重要的半导体材料，它们被广泛地应用于磁性存储介质、太阳能转换、电子器件和催化等领域。近年来，过渡金属氧化物纳米粒子因其具有大的比表面积、高的活性、特殊的电学性能和独特的光学性质而引起了科学界的广泛关注。CeO₂是一种重要的稀土过渡金属氧化物材料，因其独特的萤石型结构和优良的氧化还原性能，被广泛应用于三效催化剂、水煤气转化、气敏传感器、抛光材料、储氧材料、紫外吸收剂、光催化剂及电极材料等方面。在三效催化剂中，CeO₂作为载体，常于与Au、Ag、Pt、Cu等金属的纳米颗粒复合，在催化反应进行时向纳米金属提供活性氧，其起到的重要作用不言而喻。CeO₂作为一种非常重要的抛光材料，具有抛光工艺简单，抛光速度快、用量少、产量大等特点，主要应用于光电子、饰品、建材、磨具等行业。此外，CeO₂性能稳定，价格便宜，毒性小，性能优良，近年来越来越受到研究者们的关注，特别是在CeO₂及其复合纳米材料的制备方面做出了许多努力。

碳材料具有较高的理论容量、较低的成本以及简单的合成工艺等特点被广泛用于电极材料、导电纤维、锂离子电池等领域。但是，碳材料具有循环稳定性差、刚性大、机械延展性差等缺陷，因而在电极材料应用中受到极大程度的限制。

为了规避不同材料的缺点制备具有较高比容量和较好循环稳定的锂离子电池，必须开发一种具有协同效应的导电复合材料。近年来人们致力于碳材料与金属纳米材料复合的研究，因为金属/碳纳米材料集金属、碳材料和纳米材料的特点于一身，在综合金属材料、碳材料和纳米材料的优良特性的同时，克服传统单一材料存在的缺点与不足，得到具有高性能及多功能的先进材料。这种复合材料不仅具有优良的电化学性能，而且可以有效地拓展了碳材料在电化学领域的使用。

例如，申请公布号CN 103400999A(申请号CN201310341512.X)的中国专利公开了一种用于直接甲醇燃料电池的阳极催化剂Pt/CeO₂中空球-C的制备方法，它是先采用水热法制备了CeO₂中空球，然后，再以Vulcan XC-72碳为碳源，H₂PtCl₆为铂源，通过微波反应器制备了Pt/CeO₂中空球-C，用于直接甲醇燃料电池的阳极催化剂，但是该复合材料的制备方法复杂，步骤繁琐。

发明内容