[发明专利]一种镧基氧化物复合纳米材料的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种镧基氧化物复合纳米材料的制备方法和应用，将六水合硝酸镧、硝酸盐和氧化石墨烯于N,N‑二甲基甲酰胺（DMF）中混合搅拌2h，然后加入聚乙烯吡咯烷酮K‑30，并搅拌均匀，将混合后的溶液继续搅拌并加热至沸腾，待溶液蒸发至原溶液体积的1/3时，降低加热温度并持续搅拌，直至形成胶体。转移所得胶体至石英舟中，放入马弗炉中进行高温焙烧，焙烧温度为600‑700℃，反应时间为2‑4h，将产物研磨成粉并冷冻干燥得到LaBO₃钙钛矿型复合氧化物二维多孔纳米片。本发明采用溶胶‑凝胶法制备，具有工艺简单、成本低、可大量制备等优点，为超级电容器等电化学储能器件的研究和应用提供了一种新型电极材料。

技术领域

本发明属于纳米材料的制备技术领域，具体涉及一种镧基氧化物复合纳米材料的制备方法及其储能应用。

背景技术

随着现代电子设备尤其是便携式电子设备和电动汽车的快速发展和应用，对低成本，高性能和环境友好的储能装置的需求日益增加。超级电容器由于其功率密度高，充放电速率快，循环稳定性高等特点，因其功率密度高，充放电速率快，循环稳定性高等特点，近十年来引起了人们的广泛关注。碳材料作为影响超级电容器储能性能的重要电极材料之一，其设计和制造一直受到人们的关注。然而，由于碳基电双层电容器的电容和能量密度通常较低，所以导致其仍然不能满足实际应用的要求。因此，具有优异电化学性能的电极材料的设计与研究仍面临着巨大的挑战。

作为一种重要的钙钛矿型复合金属氧化物，LaBO₃(B=Ni、Mn、Co等)由于具有良好的热稳定性、高的理论比电容和低成本等特性，被认为是取代贵金属催化剂的首选催化剂。同时，钙钛矿LaBO₃的优良电化学储能性能也越来越受到人们的关注，有望成为新一代超级电容器重要的电极材料。然而，其极低的比表面积和弱的导电性能影响了它作为一种电极材料在储能领域的进一步应用。因此，急需采用适当的方法制备出具有高比表面积和优异导电性性的新型钙钛矿镧基复合金属氧化物材料，以推动其中超级电容器等领域的规模化应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种镧基氧化物复合纳米材料的制备方法及其储能应用，本发明采用溶胶-凝胶法制备，其工艺简单、成本低、可规模化制备、具有较好的电化学储能性能，为超级电容器、固态燃料电池等电极材料的研究和应用提供了一种新型纳米材料。

本发明采用以下技术方案：

一种镧基氧化物复合纳米材料的制备方法，利用氧化石墨烯作为导向剂，具体步骤如下：

（1）将六水合硝酸镧、硝酸盐B加入含有氧化石墨烯的N,N-二甲基甲酰胺中混合超声搅拌2h；

（2）在低速磁力搅拌下加入聚乙烯吡咯烷酮K-30，溶液混合均匀后，加速搅拌并升温至溶液沸腾，待溶液蒸发至原溶液体积的1/3时，降低加热温度并持续搅拌，直至溶液变为胶体；

（3）将步骤（2）所得胶体转移至石英舟中，然后放入马弗炉中进行高温焙烧，反应结束后将产物取出并研磨成粉并冷冻干燥，得到镧基氧化物复合纳米材料LaBO₃钙钛矿型复合氧化物二维多孔纳米片（B=Ni、Fe、Co）。

进一步，所述步骤（1）中的硝酸盐B为九水合硝酸铁、六水合硝酸钴或六水合硝酸镍。

进一步，所述步骤（1）中六水合硝酸镧和硝酸盐B的物质的量之比为1:1.2，以1mmol六水合硝酸镧为基准，需要氧化石墨烯20mg。

进一步，以1mmol六水合硝酸镧为基准，所述步骤（2）中聚乙烯吡咯烷酮K-30的用量为0.9-1.2g。

进一步，所述步骤（3）中焙烧温度为600-700℃，焙烧时间为2-4h。

利用本发明所述的制备方法制得的镧基氧化物复合纳米材料作为电极材料应用于超级电容器。