[发明专利]一种制备功能陶瓷铌钾复合氧化物纳米线的简易方法

说明书

本发明属于纳米材料及纳米技术领域，具体涉及到一种简易的制备功能陶瓷铌钾复合氧化物K₆Nb_10.8O₃₀纳米线的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将K₂CO₃、Nb₂O₅、KCl按照一定的摩尔比称量并混合；(2)将混合物球磨或研磨1h，并将浆料在70‑75℃间保温8‑12h烘干；(3)将烘干粉末烧结，以5‑10℃/min的升温速率，在1000‑1100℃保温3h，随炉冷却；(4)将烧结产物用热的去离子水清洗，并在70‑75℃间保温8‑12h烘干，最终得到目标产物。本发明介绍了一种成本低廉、工艺简单、适于大量生产铌钾复合氧化物纳米线的方法，产物可用于锂离子电池负极材料、光催化材料等领域。

技术领域

本发明属于纳米材料及纳米技术领域，具体涉及到一种简易的制备功能陶瓷钾复合氧化物 K₆Nb_10.8O₃₀纳米线的方法。

背景技术

作为一种新的K₂O-Nb₂O₅二元体系铁电相，K₆Nb_10.8O₃₀具有特殊的晶体空间结构。根据理论预测及实验验证，K₆Nb_10.8O₃₀这种功能陶瓷可被用于锂离子电池负极材料，且可有效分解有机物染料，所以K₆Nb_10.8O₃₀材料的制备方法及性能研究逐渐受到了关注。

锂离子电池的安全性一直备受关注，为了使得锂离子电池达到热力学稳定，研究者们不懈的寻找氧化还原电势大于1.0V的负极材料(相对于Li⁺/Li氧化还原电子对)，以满足负极材料的费米能级能够低于金属锂费米能级1.0eV的条件。通过研究发现，Nb⁵⁺/Nb⁴⁺氧化还原电子对可以满足上述条件，并且电极电势低于目前研究较多的钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)的电势 (1.5V)，从而在保证了电池的安全性的同时，提高了电池电压和能量。K₆Nb_10.8O₃₀是一种基于钨青铜矿的结构的材料，由于晶体空间结构中存在顶点共享的八面体的联接，使得晶胞沿着c轴方向存在截面为五边形、四边形和三角形的通道，所以K₆Nb_10.8O₃₀材料除去可以提供 Nb⁵⁺/Nb⁴⁺氧化还原电子对之外，还可以提供锂离子传输的通道，利于电池内部反应的正常有序的进行。其次，K₆Nb_10.8O₃₀材料还可以作为光催化材料。根据紫外分光光度计测试， K₆Nb_10.8O₃₀材料的吸收峰大约在425nm左右，对应带隙能约2.92eV。在紫外光的照射下，可以分解广泛用于织物、药品、塑料等的染料酸性红G。由此可见，K₆Nb_10.8O₃₀材料具有独特的结构使其具有广泛应用的潜力。目前，关于K₆Nb_10.8O₃₀材料的制备方法主要集中在固相法和湿法化学法等方法。固相法合成需要经历高压压制粉坯，长时间高温煅烧和极慢冷却速度控制等过程，合成周期较长；湿法化学法的反应物中包括柠檬酸盐酸在内的多种有机或无机试剂，可操作性较小。因此，寻求一种成本低廉、工艺简单、生产量大的制备方法合成K₆Nb_10.8O₃₀材料成为有意义并且有必要的问题。

发明内容