[發明專利]碳包覆二氧化鈰空心球及其制備方法

有效

• 申請號: 201711217656.9
• 申請日: 2017-11-28
• 公開（公告）號: CN108022758B
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發明（設計）人: 吳文劍;蔡麗蓉;張美麗;趙玉飛;蘇大為;邱永福
• 申請（專利權）人: 東莞理工學院
• 主分類號: H01G11/24
• 分類號: H01G11/24;H01G11/32;H01G11/46;B82Y30/00
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 生啟

本發明涉及一種碳包覆二氧化鈰空心球及其制備方法。一種碳包覆二氧化鈰空心球的制備方法包括以下步驟：將二氧化硅分散在溶劑中得到二氧化硅分散液；向二氧化硅分散液中加入鈰鹽并混合均勻后進行水熱反應得到二氧化鈰包覆二氧化硅微球；再采用碳源對二氧化鈰包覆二氧化硅微球進行包覆得到初產物；在保護性氣體氣氛下，將初產物進行燒結處理得到碳包覆二氧化鈰微球；采用刻蝕劑對碳包覆二氧化鈰微球進行刻蝕處理得到碳包覆二氧化鈰空心球。上述碳包覆二氧化鈰空心球及其制備方法，防止了空心二氧化鈰微球的坍塌，使得碳包覆二氧化鈰空心球具有較好的結構穩定性；且具有較高的導電性和電化學性能。

技術領域

本發明涉及新材料制備技術領域，特別是涉及碳包覆二氧化鈰空心球及其制備方法。

背景技術

二氧化鈰作為一種稀土金屬氧化物，由于鈰存在著兩種氧化態(Ce⁺³和Ce⁺⁴)，具有氧化還原這一獨特的化學特性，使其在催化、二次電池(如鋰離子電池、鋰硫電池等)和超級電容器等領域具有非常廣泛的應用。

二氧化鈰不論作為催化材料，還是電極材料，其性能極大的依賴于其比表面積，增加二氧化鈰的比表面積能夠極大的提高其在催化及其作為儲能電極材料的性能。因此，通過把二氧化鈰納米化或將二氧化鈰做成空心結構等以提高其比表面積是一種非常有效的方法。然而，當二氧化鈰作為電極材料時，電極在充放電情況下，鈰離子由于價態的變化而存在著體積膨脹，使得電極容易坍塌而導致性能急劇下降。

二氧化鈰在應用過程中，由于其導電性能較差，其性能并不能達到較好的效果，例如，當二氧化鈰作為超級電容器電極材料時，由于較低的導電性，使其比容量、倍率性能和循環穩定性均較低。因此，為了提高二氧化鈰的性能及其應用，仍需設計新型的結構來克服當前應用過程中所存在的問題。

發明內容

基于此，有必要針對二氧化鈰材料易發生體積膨脹而坍塌及導電性能不佳的問題，提供一種碳包覆二氧化鈰空心球及其制備方法。

一種碳包覆二氧化鈰空心球的制備方法，包括以下步驟：

將二氧化硅分散在溶劑中得到二氧化硅分散液；

所述二氧化硅分散液與鈰鹽進行水熱反應得到二氧化鈰包覆二氧化硅微球；

再采用碳源對所述二氧化鈰包覆二氧化硅微球進行包覆得到初產物；

在保護性氣體氣氛下，將所述初產物進行燒結處理得到碳包覆二氧化鈰微球；及

采用刻蝕劑對所述碳包覆二氧化鈰微球進行刻蝕處理得到碳包覆二氧化鈰空心球。

在其中一個實施方式中，所述溶劑選自水、乙二醇、乙醇和異丙醇中的至少一種。

在其中一個實施方式中，所述鈰鹽選自硝酸鈰、乙酰丙酮化鈰、碳酸鈰、草酸鈰和硫酸亞鈰中的至少一種。

在其中一個實施方式中，所述碳源為葡萄糖、果糖和蔗糖中的至少一種；

所述采用碳源對所述二氧化鈰包覆二氧化硅微球進行包覆得到初產物的步驟具體為：將所述二氧化鈰包覆二氧化硅微球加入所述碳源的水溶液中混合均勻后，再在160℃～190℃下進行水熱反應得到初產物。

在其中一個實施方式中，所述碳源為多巴胺；

所述采用碳源對所述二氧化鈰包覆二氧化硅微球進行包覆得到初產物的步驟具體為：將所述二氧化鈰包覆二氧化硅微球加入到pH值為7.4～9.0的三羥甲基氨基甲烷緩沖液中；再在15℃～35℃下加入多巴胺混合處理1h～24h得到初產物。

在其中一個實施方式中，所述二氧化硅與所述鈰鹽中鈰元素的質量比為1:0.3～1:3。

在其中一個實施方式中，所述碳源與所述二氧化鈰包覆二氧化硅微球的質量比為1:1～20:1。