[发明专利]具有高指数晶面的钙钛矿氧化物纳米颗粒及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有高指数晶面的钙钛矿氧化物纳米颗粒，其制备方法包括以下步骤：1)将硫酸锰和硝酸钙溶解于超纯水中，得到A溶液；2)加入硝酸镧和高锰酸钾搅拌得到B溶液；3)加入尿素，溶解后再加入氢氧化钾，搅拌，加入超纯水，然后转移至水热反应釜中；4)加热条件下反应；5)反应结束后冷却至室温，取上清液，将下层固体洗净后烘干，得到具有高指数晶面的钙钛矿氧化物纳米颗粒。本发明成功制备出了暴露高指数晶面{111}的锰基钙钛矿氧化物，为合成高指数晶面的钙钛矿氧化物提供了一个普适性方法，该锰基钙钛矿氧化物作为锂空气电池正极催化剂，显著提升了电池的催化活性和稳定性，其对于锂空气电池正极催化剂的发展有重要意义。

技术领域

本发明涉及纳米材料领域，特别涉及一种具有高指数晶面的钙钛矿氧化物纳米颗粒及其制备方法。

背景技术

钙钛矿结构氧化物具有独特、稳定的晶体结构，在燃料电池、固体电解质、传感器、高效催化剂、介电和铁电信号存储、高温超导以及巨磁电阻器件等方面具有广阔的应用，尤其最近两年成为能源催化领域的明星结构。钙钛矿氧化物的合成主要是高温固相、溶胶-凝胶、共沉淀等方法，这些方法都涉及到高温处理的过程，产物易形成热力学稳定态(表面能降低、活性悬挂键减少等)，而且得到的产物为多晶样品，晶面混乱排布；即便水热条件下得到的单晶钙钛矿氧化物样品，其表面也主要是由最低表面能的晶面构成，而表面原子的键连方式是决定材料物理化学性质的关键因素，高指数晶面的表面台阶和缺陷，使其相对于低指数晶面具有更多的表面低配位原子，可作为吸附和反应的活性位点，提升催化活性。常规方法制备的钙钛矿氧化物主要由最低表面能的晶面构成，因此，常规的制备方法限制了钙钛矿氧化物的催化性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种具有高指数晶面的钙钛矿氧化物纳米颗粒及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种具有高指数晶面的钙钛矿氧化物纳米颗粒，其以硫酸锰、硝酸钙、硝酸镧、高锰酸钾、尿素和氢氧化钾为原料，通过水热反应合成得到。

优选的是，该具有高指数晶面的钙钛矿氧化物纳米颗粒的制备方法包括以下步骤：

1)将硫酸锰和硝酸钙溶解于超纯水中，得到A溶液；

2)将硝酸镧和高锰酸钾加入到A溶液中，搅拌，得到B溶液；

3)向B溶液中加入尿素，溶解后再加入氢氧化钾，搅拌，加入超纯水得到的混合物，然后将该混合物转移至水热反应釜中；

4)将水热反应釜于加热条件下反应；

5)反应结束后冷却至室温，取上清液，将下层固体洗净后烘干，得到具有高指数晶面的钙钛矿氧化物纳米颗粒。

优选的是，该具有高指数晶面的钙钛矿氧化物纳米颗粒的制备方法包括以下步骤：

1)将硫酸锰和硝酸钙溶解于超纯水中，得到A溶液；

2)将硝酸镧和高锰酸钾加入到A溶液中，搅拌，得到B溶液；

3)向B溶液中加入尿素，溶解后再加入氢氧化钾，搅拌10-60分钟，加入超纯水得到的混合物，然后将该混合物转移至水热反应釜中，水热反应釜中混合物的填充度控制在50-80％；

4)将水热反应釜于置于230-260℃下，反应36-72小时；

5)反应结束后冷却至室温，取上清液，将下层固体用超纯水洗净后于50-90℃下烘干，得到具有高指数晶面的钙钛矿氧化物纳米颗粒。

优选的是，该具有高指数晶面的钙钛矿氧化物纳米颗粒的制备方法包括以下步骤：

1)将硫酸锰和硝酸钙溶解于超纯水中，得到A溶液；

2)将硝酸镧和高锰酸钾加入到A溶液中，搅拌，得到B溶液；