一种纳米多孔材料浸渗液及其制备方法与流程

本发明涉及纳米多孔材料
技术领域：
，尤其涉及一种纳米多孔材料浸渗液及其制备方法。
背景技术：
随着世界各国大力推进新能源材料的研发，纳米多孔材料的研发与日俱新，广泛应用于锂电池、燃料电池等领域。特别是在新能源材料领域，往往以纳米多孔材料为骨架，在孔道内部包覆一层活性物质，以提高电化学性能。在纳米多孔或者微通道材料内部包覆活性层往往采用将所需化学成分溶于溶剂，滴加到纳米多孔或者微通道材料表面，通过重力作用逐步浸渗和沉淀在孔道内壁，然后通过高温煅烧获得最终的活性材料层。但由于纳米多孔以及微通道材料内部孔道极其细微，溶剂难以克服其较大的表面张力而形成均一的活性包覆层，而包覆的活性材料的厚度、均一性等性质均会对最终产物的电化学性能产生影响。为此，如何对浸渗液进行改进以实现在纳米多孔材料内壁均匀的包覆活性物质成为当前的一个研究热点和难点。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题是提供一种纳米多孔材料浸渗液，能简单快捷地在纳米多孔材料内部包覆活性层，并提高最终产物的电化学性能。为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种纳米多孔材料浸渗液，包括：溶剂、润湿剂、螯合剂、尿素、pvp以及可煅烧合成活性层的金属化合物和/或金属间化合物。其中，所述溶剂为水。其中，所述润湿剂为正丙醇。其中，所述螯合剂为柠檬酸。其中，所述pvp的k值为30。在所述浸渗液中，尿素与金属阳离子的摩尔比为1：1。在所述浸渗液中，柠檬酸与金属阳离子的摩尔比为1.3：1。其中，所述水与正丙醇的体积比为3：2。其中，所述浸渗液中pvp的浓度为0.003g/ml。作为本发明的另一方面，一种制备前述纳米多孔材料浸渗液的方法，其中，前述可煅烧合成活性层的原料包括la(no3)3·nh2o、sr(no3)2及co(no3)2·6h2o，制备过程包括以下步骤：步骤一、将水与正丙醇搅拌混合均匀，得到溶液a；步骤二、将la(no3)3·nh2o、sr(no3)2、co(no3)2·6h2o、柠檬酸及尿素加入溶液a中，搅拌混合均匀后得到溶液b；步骤三、将pvp加入溶液b中，搅拌混合均匀后得到所述纳米多孔材料浸渗液；在得到的纳米多孔材料浸渗液中，所述la(no3)3·nh2o的浓度为0.6mol/l，所述sr(no3)2的浓度为0.4mol/l，所述co(no3)2·6h2o的浓度为1mol/l。本发明提供的浸渗液能显著减少在纳米多孔材料通道内包覆活性材料层所需要的浸渗次数，缩短浸渗时间，并可大幅提高产物（包覆活性材料后得到的材料）的电化学性能。附图说明图1为未包覆lsc的gdc3d微通道内壁微观结构图；图2为传统浸渗液包覆lsc的gdc3d微通道内壁微观结构图；图3为本发明实施例所涉浸渗液包覆lsc的gdc3d微通道内壁微观结构图；图4为图3中画圈部位的局部放大图；图5为未浸渗的gdc3d微通道氧电极材料的eis测试结果；图6为传统浸渗液浸渗并煅烧重复15次的gdc3d微通道氧电极材料的eis测试结果；图7为本发明实施例所涉浸渗液浸渗并煅烧重复12次的gdc3d微通道氧电极材料的eis测试结果。具体实施方式为便于本领域技术人员更好地理解本发明与现有技术的区别，下面结合具体实施例来对本发明作更进一步的说明。本发明通过在浸渗液中添加尿素调控包覆层形貌及颗粒大小，促进浸渗液在微通道内壁表面铺展；煅烧过程中，大量尿素瞬间燃烧，短时间内释放大量热量，可以促进结晶反应，形成覆盖更完全、更均匀的活性层。pvp的加入（尤其是k值为30的pvp）能够显著降低浸渗液表面张力，促进浸渗液在微通道内壁表面铺展。润湿剂正丙醇与pvp协同，进一步提高了浸渗液在微通道内壁表面铺展速度和均匀性，进而更好地保证在微通道内壁上都能够包覆上活性层，同时还提高了活性层包覆的均匀性。下面以在冷冻干燥法制备的gd0.1ce0.9o1.953d微通道内壁包覆la0.6sr0.4coo3（lsc）为例验证本发明所涉浸渗液与传统浸渗液的区别。具体操作方式为采用传统浸渗液浸渗并在800℃煅烧2h，重复15次和本发明专利浸渗液浸渗并在800℃煅烧2h，重复12次后，分别比较微通道内壁包覆情况、电极增重情况及最终电化学性能。本发明所涉用于包覆lsc的浸渗液制备方法为：1、将水与正丙醇搅拌混合均匀，得到溶液a；2、将la(no3)3·nh2o、sr(no3)2、co(no3)2·6h2o、柠檬酸及尿素加入溶液a中，搅拌混合均匀后得到溶液b；3、将pvp加入溶液b中，搅拌混合均匀后得到所述纳米多孔材料浸渗液；为保证最佳的包覆及电化学性能测试效果，在得到的纳米多孔材料浸渗液中，la(no3)3·nh2o的浓度最好控制在0.6mol/l，sr(no3)2的浓度最好控制0.4mol/l，co(no3)2·6h2o的浓度最好控制在1mol/l，此外，浸渗液中尿素与金属阳离子的摩尔比最好为1：1，水与正丙醇的体积比最好控制在3：2，pvp优选k值为30的pvp且其浓度最好控制在0.003g/ml。1、微通道内壁包覆。冷冻干燥法制备的gd0.1ce0.9o1.95（gdc）3d微通道微观结构见图1所示。从图1中可以看到，微通道宽度约为10um，内壁表面有gdc纳米颗粒凸起。采用传统浸渗液浸渗并煅烧重复15次后的产物的不均匀的微通道内壁见图2所示。图中清晰可见龟裂的lsc包覆层（图2中已用椭圆圈出）。此外，gdc微通道内壁有颗粒状凸起（图2中已用圆圈圈出，与未包覆前的形貌一致，表明该浸渗液15次浸渗并煅烧之后仍有部分微通道内壁未包覆上lsc。图3为采用前面所述方法制备的浸渗液进行浸渗并煅烧12次后在sem中观察到的其内壁结构图，图4为图3中画圈部位的局部放大图，从图3中清晰可见，在孔道内壁及凹槽底部均包覆一层lsc活性层，结合图4可以确定，前述包覆的层lsc活性层非常均匀。2、浸渗增重。为比较前述制备的浸渗液和传统浸渗的浸渗效果，将两种浸渗液每次浸渗并煅烧后的gdc电极材料称重，得到每次的浸渗增重情况，最后用多次浸渗后最终增加的重量除以未浸渗的电极材料的初始重量，比较两种浸渗液增重的效果，结果如表1所示。表1.传统浸渗液浸渗增重和本发明浸渗液浸渗增重比较（单位：g）初重12345678传统0.10450.11600.12500.13300.14050.14490.15000.15440.1580增重0.01150.00900.0080.00750.00440.00510.00440.0036本发明0.09950.11240.12230.13210.14140.15100.15910.16850.1770增重0.01290.00990.00980.00930.00960.00810.00940.00859101112131415传统0.16200.16660.17110.17570.18090.18330.1878总增重增重0.00400.00460.00450.00460.00520.00240.00450.0833本发明0.18630.19400.20310.2108增重0.00930.00770.00910.00770.1113从表1可见，与传统浸渗液相比，本发明所涉浸渗液在单次增重和总增重方面均有明显优势。同时可见，本发明所涉浸渗液的单次增重结果一直稳定在0.009g左右，而传统浸渗液的结果逐渐减少并稳定到0.004g左右；尤其值得一提的是，本发明所涉浸渗液12次的浸渗增重就达到了0.1113g，比传统浸渗液15次浸渗后的增重0.0833g提高约33.6%，该结果将会对产物的最终电化学性能产生重要影响。3、eis测试。为进一步测试包覆的效果，我们对未包覆、传统浸渗液包覆、本发明所涉浸渗液包覆的gdc微通道氧电极材料进行eis（即电化学阻抗谱）测试。测试设备为德国zahner公司im6ex型电化学工作站，测试采用三电极法，频率为100mhz~1mhz,交流扰动电压振幅为10mv，测试温度为700℃。将未浸渗的gdc电极、采用传统浸渗液浸渗并煅烧重复15次的gdc电极和采用本发明所涉浸渗液浸渗并煅烧重复12次的gdc电极在700℃进行eis测试,结果如图5-7所示，图5为未浸渗的gdc电极测试结果，图6为传统浸渗液浸渗并煅烧重复15次的gdc电极测试结果，图7为采用本发明所涉浸渗液浸渗并煅烧重复12次的gdc电极测试结果。图5可以看出，未浸渗的gdc电极的阻抗约为375ω，图6采用传统浸渗液浸渗15次gdc电极的阻抗约150ω，而图7采用本发明所涉的浸渗液浸渗12次后gdc电极的阻抗降低为0.7ω，较传统浸渗液浸渗15次的gdc电极提高200多倍。该结果与前述增重情况及包覆均一性相吻合。综上所述，本发明所涉浸渗液较传统浸渗液能显著提高活性层的包覆完整性和均一性，能显著减少在纳米多孔材料通道内包覆活性材料层所需要的浸渗次数，缩短浸渗时间，并可大幅提高产物（包覆活性材料后得到的电极材料）的电化学性能，较传统浸渗液取得了意料不到的技术效果和显著的进步。当前第1页12