[發明專利]一種單晶NaNbO3

有效

• 申請號: 202011137913.X
• 申請日: 2020-10-22
• 公開（公告）號: CN112251812B
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 侯林瑞;秦理;原長洲;劉洋;徐森煬
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: C30B29/30
• 分類號: C30B29/30;C30B29/60;C30B7/10
• 代理公司: 山東知圣律師事務所 37262
• 代理人: 陳曉輝

本發明屬于納米材料制備技術領域和新能源領域，尤其涉及一種單晶NaNbO₃立方體及其制備方法和應用。所述單晶NaNbO₃的立方體為正交晶型，邊長為100 nm~10μm。采用的制備方法為取多層鈮基MXene置于四甲基氫氧化銨溶液中加熱攪拌，離心得到少層鈮基MXenes溶液。取少層鈮基MXenes溶液和氫氧化鈉粉末攪拌并轉移到反應釜中，加熱，冷卻，抽濾，干燥，便可得到產品。本發明采用簡單的水熱方法，所制備的單晶NaNbO₃立方體結構均一，晶化程度極高。本發明制備的NaNbO₃立方體作為鋰離子電容器負極材料時，因較小尺寸和堅固的塊狀結構，具有快速的充放電過程及優異的循環性能。

技術領域

本發明屬于納米材料技術及新能源領域，具體涉及一種單晶NaNbO₃立方體及其制備方法和應用。

背景技術

目前主流儲能器件，如鋰離子電池和超級電容器已經在實際生活中具有廣泛的應用，然而由于各自功率密度或能量密度低的缺點，不能滿足快速發展的航空航天、電動汽車等領域對儲能器件兼具高功率密度、高能量密度以及長循環壽命儲能器件的要求。鋰離子電容器是一種介于二次電池以及超級電容器之間的新型儲能器件，其正極采用雙電層電容器多孔碳材料，負極采用嵌入型鋰離子電池負極材料，它結合了二次電池以及超級電容器的儲能機制，同時具備了二者的特性，能夠保證在大倍率充放電條件下，具有高的能量密度和功率密度。但是其最大的問題就是負極依靠氧化還原為主的電極材料動力學小于正極雙電層碳材料以物理吸脫附為主電極材料的動力學。所以，如何匹配正負極之間的動力學是鋰離子電容器的關鍵所在。

理論上，任何鋰離子插、嵌入/出型負極材料都可以為鋰離子電容器的負極材料。但是，根本上源自氧化還原反應的電池型陽極材料的動力學要比電容性陰極依靠快速的表面離子吸脫附慢得多，這將導致陰極和陽極之間的不匹配。因此，在鋰離子電容器中主要選取快速的贗電容材料，例如TiO₂，Li₄Ti₅O₁₂，V₂O₅，Nb₂O₅等。在這些材料之中，鈮基氧化物陽極以更高的理論容量（Nb₂O₅≈200mA h g^-1和TiNb^xO_2+2.5x化合物388 ~ 401 mA h g^-1）引起越來越多的關注。然而，固有的低電導率和大電流下因結構坍塌而造成的容量迅速衰減，阻礙了其實際應用。鑒于這些因素，探索一種新型的具有高電導率和穩定晶體結構的鈮基氧化物尤為重要。

發明內容

為克服上述的缺點和不足，本發明的發明目的為提供一種由少層鈮基MXenes衍生出的一種單晶NaNbO₃立方體，所述NaNbO₃立方體為鈣鈦礦類氧化物，具有堅固的晶格骨架，且均一性好，晶化程度高。

本發明的另一發明目的為提供一種上述單晶NaNbO₃立方體的制備方法，本發明采用簡單的水熱反應，實現從二維納米片到三維立方體結構的轉變，該操作成本低。

本發明的又一發明目的為提供一種上述NaNbO₃立方體作為鋰離子電容器負極材料，表現出更快速的充放電過程及優異的循環性能。

本發明的目的通過下述方案實現：

一種單晶NaNbO₃立方體，所述單晶NaNbO₃立方體為正交晶型；所述單晶NaNbO₃立方體的邊長為100 nm~10 μm。

一種上述單晶NaNbO₃立方體的制備方法采用以下步驟：

（1）取多層鈮基MXenes置于四甲基氫氧化銨溶液中，加熱至25~55 ℃下攪拌6~24小時；