[发明专利]一种电化学脱锂制备高价过渡金属氧化物纳米材料的方法

说明书

本发明涉及一种电化学脱锂制备高价过渡金属氧化物纳米材料的方法，属于材料科学与工程技术和化学领域。本发明方法制备的高价过渡金属氧化物材料包括由Fe、Co、Ni、Mn等过渡金属元素组成的纳米材料。通过制备出含锂过渡金属氧化物，在锂电池中进行电化学脱锂过程，从而使过渡金属价态升高，产生相应的脱锂高价过渡金属氧化物纳米材料。本发明具有制备工艺简单、速度快、效率高、应用范围广等优点。

(1)发明名称:一种电化学脱锂制备高价过渡金属氧化物纳米材料的方法

(2)技术领域

本发明涉及电化学脱锂制备高价过渡金属氧化物纳米材料的方法，属于材料科学与工程技术和化学领域。

(3)背景技术

目前，科学家们已经提出了许多途径来实现能量更有效的转换或存储，燃料电池和金属- 空气电池技术被认为最有望成为下一代能源技术。但是它们反应过程中需要的氧还原(ORR) 和氧析出(OER)催化剂的活性和稳定性不够理想制约着这些技术的商业使用。目前最常用的有效氧还原反应催化剂是Pt，氧析出反应催化剂是二氧化铱(IrO₂)和二氧化钌(RuO₂)，但是它们由于贵金属的使用，使得催化剂的价格居高不下，所以寻找一种高效且廉价的氧催化剂是当下最热门的科研领域之一。

过渡金属氧化物由于其具有非常好的物理和电化学性质被认为是最有可能取代贵金属，成为一种可以被商业推广的氧催化剂。它们具有良好的氧还原(ORR)和氧析出(OER)反应活性，并且含量丰富，易于获得理论模拟和实验结果表明，过渡金属氧化物催化剂的氧还原(ORR) 和氧析出(OER)反应活性与过渡金属原子的电子结构密切相关，包括氧化态、e_g填充和O 的p带中心。虽然寻找具有新化学成分的材料仍然是一个值得研究并且很有趣的方向，但还有一种方法是发展各种不同的方法。我们可以再广泛的动态范围内调整现有材料的电子结构，以优化器催化活性。近二十年来，锂离子在有机电解质中的电化学插入和萃取在可充电电池材料中得到了广泛的应用。与此同时，原子比的控制和电子结构的调谐也得到了发展。我们假设，这样一个连续的电子结构调整氧化物材料在一个大的潜在范围内提供了可以改善催化剂催化活性的机会。实际上，有研究表明MoS₂垂直层状纳米膜的电子结构可以通过电化学脱锂在有机电解质中的插入过程进行调整，从而显著提高了后续再水溶液中的析氢反应(HER)活性，它的成功激励我们使用电化学脱锂来调谐氧还原(ORR)和氧析出(OER)过程。

(4)发明内容

1、本发明的目标

本发明的目的是提出一种电化学脱锂制备高价过渡金属氧化物纳米材料的方法，使含锂过渡金属氧化物催化性能提升，利用电化学脱锂的方法，简单而有效的制备大量高性能高价过渡金属氧化物的材料，并显著降低了催化剂的成本。

2、本技术的发明要点

本发明要点如下：

(1)用0.01-100mg的LiNO₃和0.01-100mg的NaNO₃混合为熔融盐A，加入0.01-100mg的前驱体与熔融盐A混合，在200-600℃下加热搅拌1-60min.待反应物冷却至室温，用去离子水冲洗，最后在20-100℃的空气环境中干燥12-24h，得到含锂过渡金属氧化物B。所述的前驱体为过渡金属单原子的化合物，所述的过渡金属单原子为Fe、Co、Ni、Mn中的任何一种。