【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及鋰硫電池領域，特別是涉及一種鐵的氧化物-鈰的氧化物復合材料及其制備方法和應用。
技術介紹
1、達成“碳中和”愿景對能源的高效采集、蓄積、轉換及運用構成了新的嚴峻挑戰。過去三十年間，鋰離子電池在推動便攜式電子裝置及電動汽車等領域的革新中發揮了核心作用。然而，其能量密度的局限性日益凸顯，難以滿足當前社會快速發展的迫切需求。鋰硫電池因具備卓越的理論能量密度、豐富的硫資源儲備以及綠色環保等特性，被視為下一代高性能二次電池中最具實用化潛力的候選者。
2、盡管鋰硫電池展現出廣闊的應用前景，但鋰硫電池的實際應用仍面臨挑戰。具體而言，硫正極方面存在的問題包括導電性能不足、顯著的體積膨脹現象、多硫化物的“穿梭”行為以及遲緩的轉化反應動力學，這些因素共同導致了活性物質的有效利用率下降、庫侖效率低下以及電池容量迅速衰退。并且負極的鋰枝晶的生長也給電池帶來嚴重的安全隱患。
3、目前對催化劑的研究主要集中在優化能級以促進lipss的吸附和催化轉化，往往忽略了電子自旋狀態對電荷轉移和軌道相互作用的影響。催化性能受中心原子的電子結構、軌道結構、原子直徑和負載等因素影響。多數單原子催化劑由3d、4d、5d和p區金屬組成。
4、將鐵的氧化物-鈰的氧化物復合后具有鐵的氧化物內核以及導電碳殼的“蛋黃-蛋殼”結構納米反應器。lipss的吸附能力從內部向外遞減的核殼結構在限制多硫化物擴散和調節lipss沉積方面更有效。
5、因此，目前亟需研發一種產品純度高的鐵的氧化物-鈰的氧化物復合材料的制備方法，利用稀土(
技術實現思路
1、基于此，本專利技術的目的在于，提供一種鐵的氧化物-鈰的氧化物復合材料的制備方法，該制備方法步驟簡單、條件溫和，可以通過精確控制各反應條件得到不同形貌和晶體結構的鐵的氧化物-鈰的氧化物復合材料，且目標產物分散均勻、形貌規整。
2、本專利技術的另一目的在于，提供一種鐵的氧化物-鈰的氧化物復合材料，其分散均勻、核殼結構形貌規整，表現出優異的電化學性能優異，可以很好地應用于鋰硫電池；并具有明顯的界面效應，催化劑在鋰硫電池中表現協同增效催化性能。
3、本專利技術的又一目的在于，提供一種鐵的氧化物-鈰的氧化物復合材料在鋰硫電池上的應用。
4、本申請專利技術人發現將鐵的氧化物和鈰的氧化物復合成鐵的氧化物-鈰的氧化物復合物用于鋰硫電池中的催化反應，可以產生協同催化效應，增強反應活性，因此研發一種制備過程簡便、成本低廉、產品性能優良的能夠應用于商業化生產鐵的氧化物-鈰的氧化物復合物的方法是本專利技術致力解決的問題。
5、本專利技術采用如下的技術方案：
6、一種鐵的氧化物-鈰的氧化物復合材料的制備方法，包括以下步驟：
7、s1：將可溶性鐵鹽溶于超純水中，隨后調節ph值；
8、s2：將步驟s1得到的溶液置于反應釜中，經高溫反應后，離心洗滌并烘干；
9、s3：將步驟s2的產物溶于弱堿溶液，加入鹽酸多巴胺溶液，攪拌后離心洗滌并烘干；
10、s4：將步驟s3的產物高溫煅燒，得到中間產物i；
11、s5：將無機酸溶于超純水，加入中間產物i進行攪拌，離心洗滌并烘干得到中間產物ii；
12、s6：將中間產物ii與鈰鹽及堿性溶液在超純水與乙醇混合溶劑中，將溶液分散均勻并反應得到混合溶液；
13、s7：將混合溶液轉入反應容器后，經100～400℃反應后，離心洗滌并烘干得到近終產物；
14、s8：將近終產物置于管式爐350～600℃煅燒2～4h。
15、本專利技術提供的一種鐵的氧化物-鈰的氧化物復合材料的制備方法，可以通過對各步驟中反應條件進行精確調控，得到不同形貌和晶型結構的鐵的氧化物-鈰的氧化物復合材料，且凸顯出不同的性能，制備過程操作簡單，實驗重現性非常好，成本低、易于規?；a鐵的氧化物-鈰的氧化物復合材料。并且通過該方法制備得到的鐵的氧化物-鈰的氧化物復合材料，具有明顯的界面效應，作為催化劑在鋰硫電池中表現協同增效催化性能。
16、進一步地，步驟s1中所述可溶性鐵鹽選自氯化鐵、硝酸鐵、硫酸鐵中的一種或多種。
17、進一步地，步驟s1中通過采用無機堿調節ph值。
18、進一步地，步驟s1中通過控制不同ph值，步驟s2的高溫反應后可以得到不同形貌的產物。
19、具體地，步驟s1中調節ph范圍在8≤ph≤10，步驟s2得到的產物為立方體形貌；步驟s1中調節ph范圍在10＜ph≤13，步驟s2得到的產物為花生狀形貌。
20、進一步地，步驟s2中，高溫反應條件為：反應釜中100～130℃下反應36～60h；反應結束得到fe2o3。
21、進一步地，步驟s3中，所述弱堿溶液為三羥甲基氨基甲烷(tris)、三羥甲基氨基乙烷、氨基乙酸、二氨基乙酸、4-氨基苯甲酸、氨基酸緩沖劑、n-羥基乙基哌嗪-n'-乙磺酸中的一種或多種。
22、進一步地，步驟s4中，將步驟s3得到的產物于高溫爐中550～700℃煅燒2h，得到的中間產物i為fe3o4@c。
23、進一步地，步驟s5中的無機酸為鹽酸、硫酸、硝酸中的一種或多種，優選為鹽酸。
24、進一步地，步驟s5中經過無機酸蝕刻得到中間產物ii為空心fe3o4@c立方體結構。
25、進一步地，步驟s6中所述堿性溶液選自尿素、氫氧化鈉、氫氧化鉀、氨水、六次甲基四胺中的一種或多種。優選地，堿性溶液為六次甲基四胺。
26、進一步地，步驟s6中，溶液的分散方式可以為攪拌分散，或者超聲分散。
27、具體地，堿性溶液為六次甲基四胺，加入鈰鹽攪拌分散，鐵的氧化物-鈰的氧化物復合材料為“蛋黃-蛋殼”型結構，ceo2為納米片狀生長在fe3o4表面及核內。納米片狀的鈰的氧化物結構提供了更大的比表面積，有助于鋰離子的快速擴散和反應，提高電池的倍率性能。由于納米片之間的疊加，形成了良好的導電網絡，能夠有效提升電流傳輸效率。
28、具體地，堿性溶液為六次甲基四胺，加入鈰鹽超聲分散，鐵的氧化物-鈰的氧化物復合材料為“蛋黃-蛋殼”型結構，ceo2為納米顆粒生長在fe3o4表面及核內。ceo2納米顆粒摻雜碳納米盒能夠在空間上限制和化學捕獲lipss，以減輕穿梭效應，并且分散性較好，有利于提高復合材料的均勻性，增強電池的整體性能。
29、進一步地，步驟s6中所述鈰鹽選自氯化鈰、硝酸鈰、醋酸鈰、硫酸鈰中的一種或多種。
30、進一步地，步驟s6中所述的中間產物ii為含有fe3o4的空心結構；在步驟s6中可以通過調整fe3o4與鈰鹽摩爾比來控制反應產物的結構和形貌。
31、具體地，fe3o4與鈰鹽摩爾比為(1～20):1，得到鈰的氧化物分布位點差異化的鐵的本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種鐵的氧化物-鈰的氧化物復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種鐵的氧化物-鈰的氧化物復合材料的制備方法，其特征在于：步驟S1中所述可溶性鐵鹽選自氯化鐵、硝酸鐵、硫酸鐵中的一種或多種。
3.根據權利要求1所述的一種鐵的氧化物-鈰的氧化物復合材料的制備方法，其特征在于：在步驟S1中調節pH范圍在8≤pH≤10，步驟S2得到的產物為立方體形貌；
4.根據權利要求1所述的一種鐵的氧化物-鈰的氧化物復合材料的制備方法，其特征在于：步驟S6中所述鈰鹽選自氯化鈰、硝酸鈰、醋酸鈰、硫酸鈰中的一種或多種。
5.根據權利要求1所述的一種鐵的氧化物-鈰的氧化物復合材料的制備方法，其特征在于：
6.根據權利要求1所述的一種鐵的氧化物-鈰的氧化物復合材料的制備方法，其特征在于：步驟S6中的分散方式為攪拌方式或超聲方式。
7.根據權利要求1所述的一種鐵的氧化物-鈰的氧化物復合材料的制備方法，其特征在于：步驟S6中所述的中間產物II為含有Fe3O4的空心結構；
8.根據權利要求1所述
9.一種鐵的氧化物-鈰的氧化物復合材料，其特征在于：如權利要求1-8任一所述一種鐵的氧化物-鈰的氧化物復合材料的制備方法所制得。
10.如權利要求9所述的鐵的氧化物-鈰的氧化物復合材料作為催化劑在鋰硫電池中的應用。
...【技術特征摘要】
1.一種鐵的氧化物-鈰的氧化物復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種鐵的氧化物-鈰的氧化物復合材料的制備方法，其特征在于：步驟s1中所述可溶性鐵鹽選自氯化鐵、硝酸鐵、硫酸鐵中的一種或多種。
3.根據權利要求1所述的一種鐵的氧化物-鈰的氧化物復合材料的制備方法，其特征在于：在步驟s1中調節ph范圍在8≤ph≤10，步驟s2得到的產物為立方體形貌；
4.根據權利要求1所述的一種鐵的氧化物-鈰的氧化物復合材料的制備方法，其特征在于：步驟s6中所述鈰鹽選自氯化鈰、硝酸鈰、醋酸鈰、硫酸鈰中的一種或多種。
5.根據權利要求1所述的一種鐵的氧化物-鈰的氧化物復合材料的制...
【專利技術屬性】
技術研發人員：劉全兵，田婧婧，石凱祥，王正義，
申請(專利權)人：廣東工業大學，
類型：發明
國別省市：
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