【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂氧电池正极催化剂，特别是一种异质结型核壳lafe2o4@nio复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、锂氧电池作为一种新型的能量存储装置，其以锂为负极，以氧气为正极，以有机物作电解液，理论能量密度可达到5200wh/kg，与现有的锂离子电池相比有着较大的优势，因而具有较大的发展潜力。然而，由于锂氧气电池的放电产物过氧化锂导电性差，并且分解缓慢，导致随着循环进行充放电愈发困难，因此，如何加快过氧化锂的形成与分解并提高氧化还原效率，成为改善锂-氧气电池性能，实现其商业化应用的关键。
2、目前，研究者通常使用正极催化剂来提高orr反应动力学，加快产物过氧化锂的形成与分解，贵金属及贵金属氧化物因其优秀的催化性能被广泛应用于正极催化剂，虽然贵金属和贵金属氧化物作为锂-氧气电池正极催化剂能有效提高电池的整体性能，但由于贵金属的稀有和昂贵，在锂氧气电池的实际应用中出于成本的考虑难以商业化，未来的研究可能探索其他更有效的催化剂，尤其寻找廉价有效的催化剂以推动锂氧电池的实用化进程的发展。
3、中国专利技术专利申请号201810411753.x(公布号cn 108736026 a)公开了具有分级结构的纳米氧化镍作为锂氧电池正极催化剂的应用，其提出按照公布号为cn 104692468 a的中国专利制备的具有套层空心球结构的纳米氧化镍材料，由于具有较大的比表面积及稳定的微观结构，可以为反应提供了较多的催化活性位点，继而促进反应的顺利进行，同时改善氧气的扩散性能，因而适合作为锂氧电池正极催化剂，有助于提高电池的
4、为此，提出本申请。
技术实现思路
1、鉴于现有技术的上述缺点，本专利技术提供一种异质结型核壳lafe2o4@nio复合材料及其制备方法和应用，其解决了现有贵金属及贵金属氧化物类催化剂价格昂贵，不适于商业化推广的问题。
2、一方面，本专利技术提出一种异质结型核壳lafe2o4@nio复合材料，所述复合材料以lafe2o4为核、以nio为壳。
3、将光电半导体作为锂氧电池正极材料，可以利用半导体产生的电子空穴对促进氧气的还原和放电产物的分解，从而降低锂-氧电池的充放电极化，提高电池的倍率性能、能量效率和循环稳定性。
4、lafe2o4具有优异的尖晶石结构，fe3+具有良好的电子结构，fe3+的3d轨道电子对锂氧气电池的orr和oer过程具有促进作用。lafe2o4为典型的以电子为载流子的n型半导体，通常情况下，由于间接复合、直接复合，电子会与空穴发生复合继而降低催化性能，导致催化效果不佳。在lafe2o4表面复合p型半导体nio形成pn异质结，可通过内建电场加速电子移动，增强电子与空穴的分离，降低复合速率，继而提高催化性能。具体机理如图1所示：nio为p型半导体，lafe2o4为n型半导体，两种材料复合形成异质结，由于外加电压的电场方向和异质结内电场方向相反，在外电场的作用下，内电场将会被削弱，使得阻挡层变窄，扩散运动因此增强。多数载流子将在外电场力的驱动下源源不断地通过pn结，形成较大的扩散电流，这些扩散电流有利于提高锂氧气电池的orr反应动力学，加快产物过氧化锂的形成于分解。
5、进一步来说，lafe2o4为微米球结构，nio为外延生长在所述微米球外表面的纳米片。nio分散于lafe2o4表面，除了形成pn结以外，lafe2o4微米球还成为nio纳米片的分散载体，避免其因为团聚影响催化性能。
6、进一步来说，lafe2o4和nio的物质的量之比为1：(1-3)。
7、另一方面，本专利技术提出上述异质结型核壳lafe2o4@nio复合材料的制备方法，包括如下操作步骤：
8、s1、将水溶性镧盐和水溶性铁盐置于有机溶剂中，加入强碱溶液加热搅拌形成凝胶，之后将凝胶煅烧并研磨成粉，最后洗涤、干燥，得到lafe2o4；
9、s2、将lafe2o4分散于水中，之后加入水溶性镍盐和强碱，充分搅拌后转移至水热反应釜中进行水热反应，反应结束后离心收集产物；
10、s3、将s2得到的产物煅烧。
11、具体来说，s1中优选的水溶性镧盐包括：硝酸镧、氯化镧、硫酸镧中的至少一种，从原料易得性的角度出发，所述水溶性镧盐特别优选为硝酸镧；优选的水溶性铁盐包括：氯化铁、硫酸铁、硝酸铁中的至少一种，水溶性铁盐的物质的量2倍于水溶性镧盐；为了控制反应速度，避免反应过快导致凝胶颗粒过大，强碱溶液优选浓度为0.01mol/l；凝胶煅烧并充分研磨成粉后，用乙醇反复洗涤除去有机溶剂，再进行干燥；s1中涉及的煅烧装置为本领域常规装置，比如马弗炉，干燥装置也为本领域常规装置，比如鼓风干燥箱，可以满足使用要求的其他现有装置也可以，本专利技术不作限制。
12、进一步来说，s1采用溶胶凝胶法制备lafe2o4时，加热搅拌的温度为160-200℃、时间为2-4h，煅烧的温度为550-600℃、时间为2-3h。
13、具体来说，s2中，所述水溶性镍盐包括硝酸镍、氯化镍、乙酸镍、次磷酸镍中的至少一种，所述lafe2o4和所述水溶性镍盐的物质的量之比为1：(1-3)，水热反应的温度为180-200℃、时间为6-12h；s3中，煅烧温度为400-450°、时间为2-4h。
14、水热反应中，ni(oh)2的生成速度与温度、单位体积内镍盐的量(即镍盐的浓度)、强碱溶液的浓度有关，温度越高、单位体积内镍盐的量越大、强碱溶液的浓度越大，ni(oh)2的成核速度越快，如成核速度过快或lafe2o4量不足，短时间内大量生成的ni(oh)2来不及附着于lafe2o4表面会产生不利于催化性能的团聚现象；温度越低、单位体积内镍盐的量越小、强碱溶液的浓度越小，ni(oh)2的成核速度越慢，如成核速度过慢或lafe2o4量过多，少量生成的ni(oh)2无法均匀附着于lafe2o4表面会导致产生的异质结过少，无法形成有效的扩散电流，所得产物达不到有效的催化性能。本专利技术通过付出创造性试验证实：镍盐浓度优选0.2-0.6mol/l，强碱浓度优选0.01mol/l，镍盐的物质的量优选1-3倍于lafe2o4的物质的量且反应温度优选180-200℃，在上述条件下ni(oh)2的成核速度和成核量适中，可以有序、均匀附着于lafe2o4表面并外延生长，s2得到的产物在400-450°下煅烧2-4h后得到核壳lafe2o4@nio复合材料。
15、进一步来说，s1中所述有机溶剂为乙二醇、环氧乙烷、三乙醇胺、二甲苯中的任意一种；s1中所述强碱溶液和s2中所述强碱溶液均为氢氧化钠、氢氧化钾中的至少一种。
16、水溶性镧盐和水溶性铁盐置于乙二醇、环氧乙烷、三乙醇胺或二甲苯中的任意一种有机溶剂中，再加入成核试剂强碱溶液后，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种异质结型核壳LaFe2O4@NiO复合材料，其特征在于，所述复合材料以LaFe2O4为核、以NiO为壳。
2.根据权利要求1所述的异质结型核壳LaFe2O4@NiO复合材料，其特征在于，LaFe2O4为微米球结构，NiO为外延生长在所述微米球外表面的纳米片。
3.根据权利要求1所述的异质结型核壳LaFe2O4@NiO复合材料，其特征在于，LaFe2O4和NiO的物质的量之比为1：(1-3)。
4.一种如权利要求1-3任一项所述的异质结型核壳LaFe2O4@NiO复合材料的制备方法，其特征在于：包括如下操作步骤：
5.根据权利要求4所述的异质结型核壳LaFe2O4@NiO复合材料的制备方法，其特征在于：S1中，所述水溶性镧盐包括：硝酸镧、氯化镧、硫酸镧中的至少一种，所述水溶性铁盐包括：氯化铁、硫酸铁、硝酸铁中的至少一种，所述水溶性铁盐的物质的量2倍于所述水溶性镧盐。
6.根据权利要求5所述的异质结型核壳LaFe2O4@NiO复合材料的制备方法，其特征在于：S1中，所述加热搅拌的温度为160-200℃、时间为2-4h
7.根据权利要求4所述的异质结型核壳LaFe2O4@NiO复合材料的制备方法，其特征在于：S2中，所述水溶性镍盐包括硝酸镍、氯化镍、乙酸镍、次磷酸镍中的至少一种，所述LaFe2O4和所述水溶性镍盐的物质的量之比为1：(1-3)，水热反应的温度为180-200℃、时间为6-12h。
8.根据权利要求4所述的异质结型核壳LaFe2O4@NiO复合材料的制备方法，其特征在于：S3中，煅烧温度为400-450°、时间为2-4h。
9.根据权利要求4所述的异质结型核壳LaFe2O4@NiO复合材料的制备方法，其特征在于：S1中所述有机溶剂为乙二醇、环氧乙烷、三乙醇胺、二甲苯中的任意一种；S1中所述强碱溶液为氢氧化钠水溶液、氢氧化钾水溶液中的至少一种，S2中所述强碱为氢氧化钠、氢氧化钾中的至少一种。
10.如权利要求1-3任一项所述的异质结型核壳LaFe2O4@NiO复合材料作为锂氧电池正极催化剂的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种异质结型核壳lafe2o4@nio复合材料，其特征在于，所述复合材料以lafe2o4为核、以nio为壳。
2.根据权利要求1所述的异质结型核壳lafe2o4@nio复合材料，其特征在于，lafe2o4为微米球结构，nio为外延生长在所述微米球外表面的纳米片。
3.根据权利要求1所述的异质结型核壳lafe2o4@nio复合材料，其特征在于，lafe2o4和nio的物质的量之比为1：(1-3)。
4.一种如权利要求1-3任一项所述的异质结型核壳lafe2o4@nio复合材料的制备方法，其特征在于：包括如下操作步骤：
5.根据权利要求4所述的异质结型核壳lafe2o4@nio复合材料的制备方法，其特征在于：s1中，所述水溶性镧盐包括：硝酸镧、氯化镧、硫酸镧中的至少一种，所述水溶性铁盐包括：氯化铁、硫酸铁、硝酸铁中的至少一种，所述水溶性铁盐的物质的量2倍于所述水溶性镧盐。
6.根据权利要求5所述的异质结型核壳lafe2o4@nio复合材料的制备方法，其特征在于：s1中，所述加热...
【专利技术属性】
技术研发人员：王思邈，曹文卓，闫昭，李婷，
申请(专利权)人：宜宾南木纳米科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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