本发明专利技术涉及一种钙钛矿型镧锶钴氧分级介孔结构纳米线及其制备方法，其可作为在锂空气电池、燃料电池或其他电化学器件的催化剂材料，其直径为100~150nm，长度为1-2μm，其比表面积高达96.8m2/g，其由大量相互连接的纳米短棒搭接而成，搭接部分形成大量堆积孔，所述的纳米短棒直径为30~50nm，其表面存在大量由于结构缺陷而造成的小孔，本发明专利技术的有益效果是：利用多步微乳液自组装法，结合后期退火处理，获得钙钛矿型镧锶钴氧分级介孔纳米线，其作为锂空气电池、燃料电池或其他电化学器件等催化剂材料，有良好的电催化性能，具有极高的比电容量；本发明专利技术具有原料廉价、工艺简单环保、材料电化学性能优异的特点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于纳米材料与电化学器件
，具体涉及一种钙钛矿型镧锶钴氧 (LSCO)分级介孔结构纳米线及其制备方法，该材料可作为在锂空气电池、燃料电池或其他电化学器件的催化剂材料。
技术介绍
锂空气电池以其超高的比容量和能量密度被储能领域学者们广泛关注，由于其正极参与化学反应的O2不在电池内部而来源于外界环境，因此锂空气电池可以提供超高的能量密度(5000 Wh/kg)，为相同质量锂离子电池的十倍以上。同时反应过程不会产生对环境有害的物质，为研究新一代高容量绿色储能器件提供了选择，未来可能会在电动汽车等领域中得到较为广泛的应用。由于电池反应产物和电解液分解产物如Li2O、Li202、Li2CO3等在正极部分沉积，分解产物附着在电池催化剂表面，对氧气传输通道产生堵塞，使催化剂利用效率大大降低，导致普通锂空气电池无法提供足够的能量密度。分级介孔纳米材料由于其大的比表面积、更好的通透性、更多的表面活性位等结构特征，能减少锂空气电池反应产物和电解液分解产物对氧气传输通道的堵塞，提高催化剂利用效率，提高锂空气电池能量密度，使其具备在催化、电化学等多方面的广泛的应用前景。由于钙钛矿型镧锶钴氧材料的结构缺陷，可提供良好的氧气通道，在电催化领域具有重要的应用。另外，采用简单的多步微乳液自组装的方法，结合后期慢速退火处理，仅需要控制反应时间与反应温度，即可实现产物可控合成，方法简单，利于市场化推广。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种工艺简单，具有优良电催化性能的钙钛矿型镧锶钴氧分级介孔纳米线及其制备方法。本专利技术还提供了钙钛矿型镧锶钴氧分级介孔纳米线作为锂空气电池、燃料电池或其他电化学器件的催化剂材料的应用。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案是钙钛矿型镧锶钴氧分级介孔纳米线，其直径为10(Tl50 nm，长度为1-2 μ m，其比表面积高达96. 8 m2/g，其由大量相互连接的纳米短棒搭接而成，搭接部分形成大量堆积孔，所述的纳米短棒直径为3(T50 nm，其表面存在大量由于结构缺陷而造成的小孔，其为下述方法制备的产物1)按异辛烷正丁醇=15 18ml 3 ml配制异辛烷/正丁醇混合液，加入3. O g CTAB,磁力搅拌直至无大颗粒，重复上述步骤，得到两份异辛烷-正丁醇-CTAB的混合物；2)再将2.75 ml的I M KOH水溶液缓慢滴加入到步骤I)得到的其中一份异辛烷_正丁醇-CTAB的混合物中，磁力搅拌至形成澄清稳定的KOH微乳液；3)配制O. 5 mol/L 的 La (NO3) 3、Sr (NO3) 2 和 Co (NO3) 2 水溶液，按 La (NO3) 3 Sr (NO3) 2 Co (NO3)2=O. 5ml :0. 5ml :1ml均匀混合，缓慢滴加入步骤I)得到的另一份异辛烷/正丁醇/CTAB的混合物中，磁力搅拌至形成澄清稳定的La(NO3)3-Sr(NO3)2 -Co (NO3)2微乳液；4)将步骤2)所得的KOH微乳液和步骤3 )所得的La (NO3) 3 -Sr (NO3) 2 -Co (NO3) 2微乳液混合，快速搅拌I小时，然后缓慢搅拌4飞小时，得到产物；5)将步骤4)得到的产物离心分离，用乙醇和去离子水反复离心洗涤、干燥，得到钙钛矿 型镧锶钴氧分级介孔纳米线。按上述方案，洗涤得到的产物在80°C下干燥12 24小时。按上述方案，还包括有退火处理，即将干燥产物在氩气下以1°C /min的升温速度升温到 75(T850°C。所述的钙钛矿型镧锶钴氧分级介孔纳米线的制备方法，其特征在于包括有以下步骤1)按异辛烷正丁醇=15 18ml 3 ml配制异辛烷/正丁醇混合液，加入3. O g CTAB,磁力搅拌直至无大颗粒，重复上述步骤，得到两份异辛烷-正丁醇-CTAB的混合物；2)再将2.75 ml的I M KOH水溶液缓慢滴加入到步骤I)得到的其中一份异辛烷_正丁醇-CTAB的混合物中，磁力搅拌至形成澄清稳定的KOH微乳液；3)配制O. 5 mol/L 的 La (NO3) 3、Sr (NO3) 2 和 Co (NO3) 2 水溶液，按 La (NO3) 3 Sr (NO3) 2 Co (NO3)2=O. 5ml :0. 5ml :1ml均匀混合，缓慢滴加入步骤I)得到的另一份异辛烷/正丁醇/CTAB的混合物中，磁力搅拌至形成澄清稳定的La(NO3)3-Sr(NO3)2 -Co (NO3)2微乳液；4)将步骤2)所得的KOH微乳液和步骤3 )所得的La (NO3) 3 -Sr (NO3) 2 -Co (NO3) 2微乳液混合，快速搅拌I小时，然后缓慢搅拌4飞小时，得到产物；5)将步骤4)得到的产物离心分离，用乙醇和去离子水反复离心洗涤、干燥和退火处理，得到钙钛矿型镧锶钴氧分级介孔纳米线。按上述方案，洗涤得到的产物在80°C下干燥12 24小时。按上述方案，还包括有退火处理，即将干燥产物在氩气下以1°C /min的升温速度升温到 75(T850°C。所述的钙钛矿型镧锶钴氧分级介孔纳米线作为锂空气电池、燃料电池或其他电化学器件的催化剂材料的应用。本专利技术的有益效果是本专利技术利用多步微乳液自组装法，结合后期退火处理，获得了钙钛矿型镧锶钴氧分级介孔纳米线，该材料作为锂空气电池、燃料电池或其他电化学器件等催化剂材料，有良好的电催化性能，具有极高的比电容量；本专利技术具有原料廉价、工艺简单环保、材料电化学性能优异的特点；本专利技术在锂空气电池、燃料电池或其他电化学器件上有较大的应用潜力。本专利技术的钙钛矿型镧锶钴氧分级介孔纳米线的分级介孔结构与其性能的提高密切相关，第一，电催化性能与比表面积具有紧密关系，LSCO分级介孔纳米线的比表面积高达96. 8 m2 g — \明显高于文献报道的LSCO材料和LSCO纳米颗粒11. 87 m2 g 1 ;第二，即使在电解液分解产物沉积在催化剂和电极表面的情况下，相互搭接的LSCO纳米短棒所提供的非连续的孔道结构依然可为氧气的传到提供连续的通道；第三，钙钛矿型的本身存在缺陷的结构和LSCO纳米短棒表面的多孔结构可在更低尺度上增加氧气的流动性，在动力学上提高ORR催化效率；第四，这种分级结构可有效减小材料自团聚的发生，在催化过程中保证与氧气的充分接触，充分发挥纳米材料的优势。这表明分级介孔结构可有效地提高电化4CN 102945969 A说明书3/6 页学性能，钙钛矿型镧锶钴氧分级介孔纳米线在锂空气电池、燃料电池或其他电化学器件上有较大的应用潜力。附图说明图I是本专利技术实施例I所得的钙钛矿型镧锶钴氧分级介孔纳米线的XRD图，嵌入图为钙钛矿型镧锶钴氧原子结构模型图2是本专利技术实施例I所得的钙钛矿型镧锶钴氧分级介孔纳米线N2吸附脱附曲线，嵌入图为钙钛矿型镧锶钴氧分级介孔纳米线的BJH孔径分布曲线；图3是本专利技术实施例I所得的钙钛矿型镧锶钴氧分级介孔纳米线的SEM图4是本专利技术实施例I所得的钙钛矿型镧锶钴氧分级介孔纳米线的TEM图； 图5是本专利技术实施例I所得的钙钛矿型镧锶钴氧分级介孔纳米线的HRTEM图6是本专利技术实施例I所得的钙钛矿型镧锶钴氧分级介孔纳米线节点处的HRTEM图和所选区域FFT花样；图7是本专利技术实施例I所得的钙钛矿型镧锶钴氧分级介孔纳米线的合成机理图8是本专利技术实施例I所本文档来自技高网...
【技术保护点】
钙钛矿型镧锶钴氧分级介孔纳米线，其直径为100~150?nm，长度为1?2μm，其比表面积高达96.8?m2/g，其由大量相互连接的纳米短棒搭接而成，搭接部分形成大量堆积孔，所述的纳米短棒直径为30~50?nm，其表面存在大量由于结构缺陷而造成的小孔，其为下述方法制备的产物：1）按异辛烷：正丁醇=15?~18?ml：3?ml?配制异辛烷/正丁醇混合液，加入3.0?g?CTAB，磁力搅拌直至无大颗粒，重复上述步骤，得到两份异辛烷?正丁醇??CTAB?的混合物；2）再将2.75?ml的1?M?KOH?水溶液缓慢滴加入到步骤1）得到的其中一份异辛烷?正丁醇?CTAB的混合物中，磁力搅拌至形成澄清稳定的KOH微乳液；3）配制0.5?mol/L的?La(NO3)3、Sr(NO3)2?和?Co(NO3)2水溶液，按La(NO3)3：Sr(NO3)2?：Co(NO3)2=0.5ml：0.5ml：1ml均匀混合，缓慢滴加入步骤1）得到的另一份异辛烷/正丁醇/CTAB的混合物中，磁力搅拌至形成澄清稳定的La(NO3)3??Sr(NO3)2??Co(NO3)2?微乳液；4）将步骤2）所得的KOH微乳液和步骤3）所得的La(NO3)3??Sr(NO3)2??Co(NO3)2?微乳液混合，快速搅拌1小时，然后缓慢搅拌4~6小时，得到产物；5）将步骤4）得到的产物离心分离，用乙醇和去离子水反复离心洗涤、干燥，得到钙钛矿型镧锶钴氧分级介孔纳米线。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：麦立强，赵云龙，石长玮，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：
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