[发明专利]一种一维高熵氧化物纳米材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种一维高熵氧化物纳米材料及其制备方法和应用，本发明以至少五种的金属盐和导电高分子材料为前驱体配置静电纺丝溶液，结合静电纺丝和高温退火得到一维高熵氧化物纳米材料，所获得的一维高熵氧化物纳米材料至少包含五种过渡金属，且呈相互交错的一维结构，直径均匀，直径在300～700nm范围内，本发明所获得的一维高熵氧化物纳米材料具有高长径比，短扩散路径、充足的离子扩散通道、高比容量、高比表面积、高导电性以及优异的结构稳定性等优点，作为锂离子电池负极材料，展现出极大的应用前景。

技术领域

本发明属于高熵氧化物纳米材料制备技术领域，具体涉及一种一维高熵氧化物纳米材料及其制备方法和应用。

背景技术

高熵氧化物自2015年被首次报道后，就因其独特的物理、化学特性成为最受关注的新材料之一，高熵氧化物通常是由五种或五种以上金属氧化物以等摩尔比或近等摩尔比的比例相互固溶而形成的单相固溶体，其特征是存在较大的构型熵，因而高熵氧化物表现出独特的四大核心效应：高熵效应、晶格畸变效应、迟滞扩散效应和“鸡尾酒效应”。

研究证明，高熵氧化物在储能领域展现出高的离子迁移率和导电性，同时具有优异的结构稳定性，目前已证实高熵氧化物在锂离子电池中具有高的理论比容量，然而当下所报道的高熵氧化物的方法多为固相法、镀膜或液相法，其形貌多为块体、薄膜和纳米颗粒，此类材料的比表面积小、易团聚、结构稳定性差，降低了高熵氧化物负极材料的储能容量及工作寿命。

其中发明专利CN110190259B提供了采用高温固相法一步合成高熵氧化物(FeTiMgZnCu)₃0₄块体材料﹐再通过高能球磨法得到呈片状结构的纳米(FeTiMgZnCu)₃0₄粉末，并利用所述高熵氧化物(FeTiMgZnCu)₃0₄制备成锂离子电池负极材料,在100mA/g的充放电电流密度下比容量稳定在414.4mAh/g。

如何制备一种具有高比容量、高比表面积、足量扩散通道以及高结构稳定性的高熵氧化物负极材料，使其在储能领域充分发挥潜力是当前亟待解决的问题，因此本发明提出一种一维高熵氧化物纳米材料及其制备方法和应用。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种一维高熵氧化物纳米材料及其制备方法和应用。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种一维高熵氧化物纳米材料，依次通过静电纺丝法和高温退火将金属前驱体溶液制备成一维高熵氧化物纳米材料，所述高熵氧化物包含至少5种的金属原子，所述金属原子为过渡金属Cu、Co、Ni、Mg、Zn、Fe、Cr、Mn或Al。

作为本发明的进一步优化方案，所述高熵氧化物的金属原子由Cu、Co、Ni、Mg、Zn五种组成，形成一维岩盐型高熵氧化物，或由Fe、Co、Ni、Cr、Mn五种组成，形成一维尖晶石型高熵氧化物。

作为本发明的进一步优化方案，所述一维高熵氧化物纳米材料直径均匀且交错互联，直径在300～700nm范围内。

一种一维高熵氧化物纳米材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)、将导电高分子材料加入有机溶剂中，搅拌至完全溶解，形成均匀透明的溶液；

(2)、将五种以上的金属盐组合物前驱体粉末加入步骤(1)的溶液中，搅拌至粉末完全溶解，制备出金属前驱体溶液；

(3)、通过静电纺丝法处理步骤(2)的金属前驱体溶液，得到金属盐纳米纤维，并对所述金属盐纳米纤维进行干燥处理；

(4)、将步骤(3)干燥处理后的金属盐纳米纤维在空气中退火处理，获得一维高熵氧化物纳米材料。