[發明專利]一種石墨烯包覆納米氧化鏑的制備方法及其應用

有效

• 申請號: 201610623761.1
• 申請日: 2016-08-02
• 公開（公告）號: CN106315656B
• 公開（公告）日: 2018-01-02
• 發明（設計）人: 金利華;王耀;馮建情;李成山;劉國慶;劉浩然;熊曉梅;王慶陽;楊芳;張平祥
• 申請（專利權）人: 西北有色金屬研究院
• 主分類號: C01F17/00
• 分類號: C01F17/00;C04B35/58;C04B35/622
• 代理公司: 西安創知專利事務所61213
• 代理人: 譚文琰

技術領域

本發明屬于高溫超導材料技術領域，具體涉及一種石墨烯包覆納米氧化鏑的制備方法及其應用。

背景技術

稀土氧化物氧化鏑(Dy₂O₃)具有優異的物理化學性質，被廣泛應用于催化材料、發光材料、固體燃料電池、釘扎二硼化鎂超導等領域中。當氧化鏑顆粒的尺寸逐漸減小到納米尺寸，比表面積增大產生表面效應，納米氧化鏑的表面結構不同造成其反應活性也不一致。傳統的制備方法中，納米氧化物容易發生團聚，而且較難獲得高活性的表面。

同時，對于二硼化鎂超導材料，為了提高二硼化鎂超導體的在磁場下的性能，需要通過引入有效的釘扎中心。在傳統方法中，通常采用單一元素或碳氫有機物摻雜，例如元素C等，提高二硼化鎂高場下臨界電流密度Jc性能。然而摻雜源一般都其活性較低、分散程度差，需要較高的熱處理溫度才能引入有效的摻雜，并且分布不均勻，很容易團聚在晶界處，降低了晶粒間的連接性。因此，通過石墨烯包覆粉提高納米氧化鏑分散性和活性，將其引入到二硼化鎂中，實現二元摻雜，可以極大的提高超導性能。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術的不足，提供了一種石墨烯包覆納米氧化鏑的制備方法。該制備方法簡單，易于實現產業化，采用石墨烯作為包覆物，其具有較高的表面積，有利于氧化鏑納米顆粒和氧化鏑納米柱均勻地分散在石墨烯上，不產生團聚，并且制備的氧化鏑納米顆粒和氧化鏑納米柱具有多種形貌和高活性的晶面，有利于后續應用于制備二元摻雜二硼化鎂超導塊材。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種石墨烯包覆納米氧化鏑的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟一、將乙酸鏑溶于乙醇和丙酸的混合溶劑中，得到乙酸鏑溶液，將所述乙酸鏑溶液置于熱解反應爐中，先在溫度為120℃的條件下進行烘干處理，然后在潮濕的氧氣氣氛下，以升溫速率為0.1℃/min～10℃/min繼續升溫至500℃，得到氧化鏑納米顆粒；所述混合溶劑中乙醇和丙酸的體積比為1:1；

步驟二、將硝酸鏑溶于叔丁基胺的水溶液或者氨基乙酸的水溶液中，然后置于水熱反應釜中，經水熱反應后得到氧化鏑納米柱；所述叔丁基胺的水溶液中叔丁基胺與水的體積比為1:(4～10)；所述氨基乙酸的水溶液中氨基乙酸水的體積比為1:(4～10)；

步驟三、將氧化石墨烯加到去離子水和乙醇的混合溶劑中攪拌均勻，得到氧化石墨烯溶液；所述去離子水和乙醇的混合溶劑中去離子水和乙醇的體積比為1:(50～100)；所述氧化石墨烯溶液中氧化石墨烯的濃度為0.5mg/mL～10mg/mL；

步驟四、將步驟一中所述氧化鏑納米顆粒和步驟二中所述氧化鏑納米柱按1:(1～3)的質量比混合均勻后加到步驟三中所述氧化石墨烯溶液中，攪拌后過濾，得到濾渣，將所述濾渣置于熱處理爐中，在惰性氣體保護下，溫度為400℃～800℃的條件下熱處理0.5h～5h，得到石墨烯包覆納米氧化鏑。

上述的一種石墨烯包覆納米氧化鏑的制備方法，其特征在于，步驟一中所述升溫速率為1℃/min～3℃/min。

上述的一種石墨烯包覆納米氧化鏑的制備方法，其特征在于，步驟一中所述潮濕的氧氣氣氛中氧氣的體積百分含量為94％～99.4％，余量為水汽。

上述的一種石墨烯包覆納米氧化鏑的制備方法，其特征在于，步驟二中所述水熱反應的溫度為120℃～220℃，所述水熱反應的反應時間為1h～10h。

上述的一種石墨烯包覆納米氧化鏑的制備方法，其特征在于，步驟四中所述氧化石墨烯溶液中氧化石墨烯的質量與氧化鏑納米顆粒和氧化鏑納米柱混合物的總質量之比為1:(50～100)。

上述的一種石墨烯包覆納米氧化鏑的制備方法，其特征在于，步驟四中所述攪拌的速率為100r/min～1000r/min，攪拌的時間為2min～10min。

同時，本發明還提供了一種利用上述的方法制備的石墨烯包覆納米氧化鏑的應用，其特征在于，所述石墨烯包覆納米氧化鏑用于制備二元摻雜二硼化鎂超導塊材，具體制備過程為：將鎂粉、硼粉和石墨烯包覆納米氧化鏑按照鎂、硼和鏑的原子比為1:2:(0.01～0.2)的比例混合研磨，然后壓制成塊體，再將所述塊體置于熱處理爐中，在高純氬氣氣氛保護下，溫度為750℃～850℃的條件下熱處理1h～3h，得到二元摻雜二硼化鎂超導塊材。

上述的應用，其特征在于，所述鎂粉和硼粉的質量純度均不小于99％，所述高純氬氣的質量純度為99.99％。

上述的應用，其特征在于，所述壓制的壓力為10MPa～20MPa。