[发明专利]一种络合效应诱导金属氧化物内氧空位含量提升的方法

说明书

一种络合效应诱导金属氧化物内氧空位含量提升的方法，属于材料制备领域。本发明通过加入柠檬酸钠的方法向过渡金属氧化物中引入氧空位，该方法无需高温高压、步骤简便、易于操作。

技术领域：

本发明属于材料制备领域，具体涉及具有丰富氧空位的金属氧化物及其制备方法。

背景技术

金属氧化物作为能量转换和储存的活性材料已得到广泛的研究。例如，太阳能驱动的水分解是一种可持续的、环保的生产氢气的方法，半导体金属氧化物已被探索和应用于光电化学水分解的阳极。过渡金属氧化物也被广泛用作太阳能电池、燃料电池、电化学催化、锂离子电池和超级电容器的电极材料。过渡金属氧化物具有天然丰度大、易合成、成本低、光电化学稳定性好等优点，是电化学能量转换、储存和催化应用的重要材料。

然而，通常金属氧化物的禁带宽度比较宽，当电子从价带跃迁到导带所需要的能量很大，所以大部分金属氧化物是半导体，材料内部的电子传输较慢，导电性比较差，电导率低。而高的电导率有利于过渡金属氧化物电化学性能的发挥。目前常用的提升过渡金属氧化物电导率的方法为制备过渡金属氧化物和高导电材料的复合材料，例如石墨烯，碳纳米管，导电炭黑，碳纤维，活性炭，多孔碳等。但是，导电剂的添加只提高了材料界面的电导率，并不能提升材料的本征电导率。缺陷的引入可以在原有的半导体禁带中引入新的能带结构，提升材料的电导率。

目前，在材料中引入氧空位的方法有很多，比如在氧气不足的条件下进行热处理、氢气还原、火焰还原、电化学还原和等离子体处理等方法。热处理方法通常需要在高温高压的反应釜中进行，操作条件复杂不容易控制。氢气还原法对于氢气的要求很高，氢气的纯度不纯很容易发生爆炸，存在危险隐患，且氢气的存储以及运输都存在一定问题。火焰还原发以及电化学法对于操作的要求很高，要时刻控制温度以及电流和电压。等离子体处理方法需要高能粒子轰击，高能粒子的产生通常需要高的击穿电压，操作条件复杂不易实现。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的问题，提出诱导金属氧化物内氧空位含量的提升的一种简易的新方法。本发明通过加入柠檬酸钠的方法向过渡金属氧化物中引入氧空位，该方法无需高温高压、步骤简便、易于操作。

为实现上述目的，本发明采用如下技术手段。

一种络合效应诱导金属氧化物内氧空位含量提升的方法，其特征在于，包括以下步骤：将Mn(NO₃)₂配成水溶液，然后加入柠檬酸钠，调节溶液为中性至碱性条件，在充分搅拌的情况下，然后加入H₂O₂溶液，观察到有大量气泡和沉淀生成；然后将反应体系放入超声池中连续超声或/和机械搅拌；最后用去离子水洗涤、过滤所得到的产物，并干燥得到氧空位含量提升的产物。

进一步所述的调节溶液一般为氢氧根浓度不高于10M；

Mn(NO₃)₂、柠檬酸钠的质量比为(0.01-10):1，优选1.2:1；每0.3-0.5g Mn(NO₃)₂对应30％的H₂O₂溶液1mL；Mn(NO₃)₂水溶液的质量百分比浓度只要能形成溶液均可，如0.05-2％。

连续超声或/和机械搅拌的反应时间为5min-几天均可，如5天。

采用本发明的方法，只要添加柠檬酸均能提高MnO₂中氧空位的含量，从而进一步提高MnO₂的一些性能。

附图说明

图1为材料合成的流程图

图2为得到材料的SEM图；(a)-(c)为在制备过程中加入柠檬酸钠所得到的材料的SEM图，(d)-(f)为在制备过程中没有加入柠檬酸钠所得到的材料的SEM图；