[發(fā)明專利]一種高熵氧化物材料的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010547336.5
• 申請(qǐng)日: 2020-06-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111620681B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-07-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王雙印;顧開(kāi)智;王東東;王燕勇;田靜;龍鵬;李巍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖南大學(xué)
• 主分類號(hào): C04B35/26
• 分類號(hào): C04B35/26;C04B35/626
• 代理公司: 湘潭市匯智專利事務(wù)所(普通合伙) 43108
• 代理人: 宋向紅

本發(fā)明公開(kāi)了一種高熵氧化物材料的制備方法，包括以下步驟：1）將金屬硝酸鹽溶解于去離子水中，攪拌均勻；2）在步驟1）所得溶液中加入沉淀劑，攪拌均勻；3）將步驟2）所得溶液通過(guò)水熱法得到氫氧化物固體粉末；4）將步驟3）所得固體粉末放入低溫等離子體反應(yīng)器中進(jìn)行處理，得到高熵氧化物。本發(fā)明采用液相配料，可確保金屬元素達(dá)到分子水平混勻，合成過(guò)程避免使用高溫煅燒處理，顯著降低能耗，反應(yīng)條件溫和，反應(yīng)過(guò)程綠色環(huán)保，幾乎無(wú)污染和廢棄物產(chǎn)生。本發(fā)明所制備的高熵氧化物材料形貌均勻，根據(jù)XRD確定其為尖晶石相，元素含量測(cè)定表明所含元素比例接近等摩爾。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料制備技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及一種高熵氧化物材料的制備方法。

背景技術(shù)

近年來(lái)，高熵材料由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)以及功能可調(diào)控特性引起研究人員的廣泛關(guān)注。高熵材料是具有五種以上金屬元素的熵穩(wěn)定晶體結(jié)構(gòu)，所含元素幾乎是等摩爾比例并均勻分布，保證體系的構(gòu)型熵最大。在高度無(wú)序的多組分體系中，高熵產(chǎn)生了有吸引力的性質(zhì)，例如高熵效應(yīng)、嚴(yán)重晶格畸變、緩慢擴(kuò)散和雞尾酒效應(yīng)等。高熵氧化物是基于高熵合金概念發(fā)展的一種新型陶瓷材料。2015年，Rost等人通過(guò)機(jī)械研磨和高溫煅燒法制備了第一例高熵氧化物(Mg,Ni,Co,Cu,Zn)O，實(shí)驗(yàn)表明熵主導(dǎo)該熱力學(xué)體系，并驅(qū)動(dòng)多相和單相之間可逆的固態(tài)轉(zhuǎn)換（Nat. Commun., 2015, 6, 8485）。但是，該制備方法采用機(jī)械研磨不可避免地存在原料混合不均，難以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的化學(xué)計(jì)量比；同時(shí)，高溫煅燒具有能耗大的缺點(diǎn)。隨后，Sarkar等人通過(guò)噴霧熱解法制備了過(guò)渡金屬高熵氧化物(Co_0.2Cu_0.2Mg_0.2Ni_0.2Zn_0.2)O并應(yīng)用于鋰離子電池電極材料，實(shí)現(xiàn)了存儲(chǔ)容量和充放電循環(huán)穩(wěn)定性的顯著提升（Nat.Commun., 2018, 9, 3400），該制備方法也同樣表現(xiàn)出1000℃以上高溫進(jìn)行煅燒處理的缺點(diǎn)。

等離子體技術(shù)是一種廣泛運(yùn)用于材料合成及改性的方法，具有反應(yīng)快速、反應(yīng)條件溫和、反應(yīng)過(guò)程幾乎無(wú)污染和廢棄物產(chǎn)生等優(yōu)勢(shì)。目前，尚未檢索到采用等離子體技術(shù)制備高熵氧化物材料的相關(guān)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有高熵氧化物材料制備技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種低溫等離子體制備高熵氧化物材料的方法。

本發(fā)明提供的一種高熵氧化物材料的制備方法，具體包括以下步驟：

（1）稱取等摩爾的金屬硝酸鹽溶解于去離子水中，攪拌均勻，得到金屬鹽的混合溶液，其中，金屬硝酸鹽為硝酸鐵、硝酸鋁、硝酸鈷、硝酸鎳、硝酸銅、硝酸鉻、硝酸鋅中的五種以上，所述金屬硝酸鹽的濃度為0.1～1 mol/L；

（2）稱沉淀劑加入步驟（1）所得混合液中，攪拌均勻，得到混合溶液，其中，所述沉淀劑與金屬硝酸鹽的摩爾比為2～5:1；

（3）將步驟（2）所得溶液轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜進(jìn)行加熱反應(yīng)，冷卻至室溫后將反應(yīng)液抽濾、用去離子水洗滌2~4次，得到氫氧化物固體粉末，其中，所述加熱反應(yīng)的溫度為100～140 ℃，時(shí)間為1～2 h；

（4）將步驟（3）所得固體粉末放入射頻等離子體反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，得到高熵氧化物，其中，所述反應(yīng)的氣氛為氧氣，射頻功率為300～400 W，反應(yīng)時(shí)間為20～30 min。

具體地，所述沉淀劑為尿素、六亞甲基四胺、精氨酸中的一種或兩種。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

（1）原料在液相條件下進(jìn)行混合，可確保金屬元素達(dá)到分子水平混勻，產(chǎn)物實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的化學(xué)計(jì)量比；

（2）所制備的高熵氧化物材料形貌均勻，根據(jù)XRD確定其為尖晶石相，元素含量測(cè)定表明所含元素比例接近等摩爾；

（3）合成過(guò)程避免使用高溫煅燒處理，能耗顯著降低；