双层壳包覆的四氧化三铁纳米颗粒、其制备方法和应用技术

本案涉及一种双层壳包覆的四氧化三铁纳米颗粒、其制备方法和应用，首先制得四氧化三铁纳米颗粒；然后进行碳和二氧化钛包覆，再使用氢氩气氛进行煅烧得到氢化二氧化钛和碳双层壳包覆的四氧化三铁纳米颗粒，该纳米颗粒可用于制备锂离子电池负极材料。本发明专利技术制得了以四氧化三铁为核心，碳层为中间层，氢化二氧化钛为最外层包覆层的双层包覆的核壳结构四氧化三铁纳米颗粒；氢化后的二氧化钛在电导率上有很大的提升，扩大了复合材料在储能以及半导体领域应用；双层壳包覆有效避免Fe

【技术实现步骤摘要】
双层壳包覆的四氧化三铁纳米颗粒、其制备方法和应用
本专利技术涉及过渡金属纳米材料制备领域，具体为一种双层壳包覆的四氧化三铁纳米颗粒、其制备方法和应用。
技术介绍
目前，过渡金属氧化物的种类多样化，具有良好的铁电、超导、压电以及磁弹性等独特性质，在能量储存、能量转化、太阳能器件以及半导体等领域具有广泛的应用前景。二氧化钛和碳常常被用作辅助材料来改性材料表面的稳定性以及弥补材料本身未具备的性质，从而获得新型的含二氧化钛和碳的纳米复合结构材料，使其在电子、电池、催化剂、生物医学、电波等方面有广阔的应用前景。然而目前通常采用单一的TiO2或碳对过渡金属进行包覆，TiO2本身的导电性能较差；单层碳包覆不能长久有效的抑制Fe3O4纳米颗粒在电池循环过程中的体积膨胀，且碳包覆过程通常需要较高温度，不符合绿色化学要求。
技术实现思路
针对现有技术中的不足之处，本专利技术目的在于提供一种氢化二氧化钛和碳双层包覆的核壳结构四氧化三铁纳米颗粒的制备方法，制得的纳米颗粒具有形貌规则、均一度好以及高电化学性能等特点。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种双层壳包覆的四氧化三铁纳米颗粒的制备方法，包括以下步骤：S1：将铁盐以及六亚甲基四胺加入乙二醇溶液中，搅拌得到浑浊液，随后转移至反应釜中进行水热反应得到四氧化三铁纳米颗粒；S2、将四氧化三铁纳米颗粒加入无水乙醇与去离子水混合溶液中，搅拌使其分散均匀；随后加入氨水，甲醛以及间苯二酚，搅拌得到混合溶液A；S3、将混合溶液A转移至反应釜中进行水热反应得到碳包覆核壳结构四氧化三铁纳米颗粒；S4、将碳包覆核壳结构四氧化三铁纳米颗粒加入无水乙醇溶液中，搅拌得到混合溶液B，随后加入钛酸四丁酯，水浴搅拌得到二氧化钛和碳双层包覆的核壳结构四氧化三铁纳米颗粒；S5、将二氧化钛和碳双层包覆的核壳结构四氧化三铁纳米颗粒加入到氢氧化钠溶液中，搅拌后向其中加入盐酸，搅拌后过滤得到固体C；S6、将固体C置于管式炉中，使用氢氩气氛进行煅烧得到氢化二氧化钛和碳双层壳包覆的四氧化三铁纳米颗粒。进一步地，所述铁盐为三氯化铁、六水合氯化铁或硫酸亚铁。进一步地，所述铁盐与六亚甲基四胺的质量比为2～3：1。进一步地，所述S1的水热温度为200℃，水热时间为20h。进一步地，所述S2中氨水、甲醛以及间苯二酚与四氧化三铁纳米颗粒的摩尔比为0.2：0.2:0.5:1～2。进一步地，所述S3的水热温度为100℃，水热时间为24h。进一步地，所述步骤S4中的混合溶液B与钛酸四丁酯的体积比为100:4，水浴温度为48℃，水浴时间为20h。进一步地，所述S6中的氢氩混合气比例为1:19，煅烧温度为450℃，煅烧时间为2h。本专利技术还提供一种采用如上所述的制备方法制得的双层壳包覆的四氧化三铁纳米颗粒。本专利技术进一步提供一种双层壳包覆的四氧化三铁纳米颗粒在制备锂离子电池负极材料中的应用。本专利技术的有益效果是：本专利技术制得了以四氧化三铁为核心，碳层为中间层，氢化二氧化钛为最外层包覆层的双层包覆的核壳结构四氧化三铁纳米颗粒。氢化后的二氧化钛在电导率上有很大的提升，扩大了复合材料在储能以及半导体领域应用。采用氢化二氧化钛和碳共同包覆，有效避免Fe3O4纳米颗粒在电池循环过程中的体积膨胀。本专利技术制备过程容易控制、工艺简单、成本低廉，适宜于工业化批量生产；制得的四氧化三铁纳米颗粒具有形貌规则、均一度好等特点。附图说明图1为本专利技术的Fe3O4的SEM图；图2为本专利技术C/Fe3O4的SEM图；图3为本专利技术TiO2/C/Fe3O4的SEM图；图4为本专利技术H-TiO2/C/Fe3O4的SEM图；图5为本专利技术H-TiO2/C/Fe3O4的TEM图；图6为本专利技术H-TiO2/C/Fe3O4的X射线衍射图；图7为C/Fe3O4作为半电池扣式锂离子电池阳极材料时的循环性能图；图8为TiO2/C/Fe3O4作为半电池扣式锂离子电池阳极材料时的循环性能图；图9为H-TiO2/C/Fe3O4作为半电池扣式锂离子电池阳极材料时的循环性能图；图10为本专利技术实施例2双层壳包覆的四氧化三铁纳米颗粒的SEM图；图11为本专利技术实施例3双层壳包覆的四氧化三铁纳米颗粒的SEM图。具体实施方式下面将结合实施例对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。此外，下面所描述的本专利技术不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。实施例1：S1、将1.2g的三氯化铁和0.6g的六亚甲基四胺加入90mL的乙二醇溶液中溶解得到铁离子溶液；将铁离子溶液在200℃下，水热反应20h，然后过滤，将滤饼分别用水和乙醇离心清洗，接着干燥滤饼得到四氧化三铁纳米颗粒，记为Fe3O4；S2、将1g的四氧化三铁纳米颗粒加入90mL去离子水和无水乙醇(15mL:15mL)的混合溶液中，磁力搅拌40min；随后向其中加入0.1mL28％的氨水，2mL甲醛以及0.8g间苯二酚，搅拌30min，得到混合溶液A。S3、将混合溶液A在100℃下，水热反应24h，然后过滤，将滤饼分别用水和乙醇离心清洗，接着干燥滤饼得到单层碳包覆核壳结构四氧化三铁纳米颗粒，记为C/Fe3O4；S4、将C/Fe3O4加入100mL的无水乙醇溶液中，搅拌得到混合溶液B；向混合溶液B中加入4mL钛酸四丁酯，水浴温度为48℃，搅拌20h，然后过滤，将滤饼分别用水和乙醇离心清洗，接着干燥滤饼得到二氧化钛和碳双层包裹的核壳结构四氧化三铁纳米颗粒，记为TiO2/C/Fe3O4；S5、将TiO2/C/Fe3O4加入150mL的2M氢氧化钠溶液中，搅拌均匀后缓慢加入0.2M的盐酸溶液直至无气泡产生，过滤，将滤饼分别用水和乙醇离心清洗，接着干燥滤饼得到固体C；S6、将固体C置于管式炉中，使用氢氩气氛(体积比为1:19)进行煅烧，煅烧温度为450℃，煅烧时间为2h，得到氢化二氧化钛和碳双层包裹的核壳结构四氧化三铁纳米颗粒，记为H-TiO2/C/Fe3O4。参照图1-4，分别为Fe3O4、C/Fe3O4、TiO2/C/Fe3O4、H-TiO2/C/Fe3O4的SEM图，从图中可以看出Fe3O4纳米球的表面毛糙，类似于荔枝状；C/Fe3O4纳米材料由于致密的碳层进行包覆显示出光滑的表面；TiO2/C/Fe3O4纳米材料显示由于TiO2层的存在将C/Fe3O4纳米球包裹在一起，部分发生聚合；氢化后的H-TiO2/C/Fe3O4纳米材料可以发现H-TiO2以枝状的形式存在，C/Fe3O4纳米材料被H-TiO2层完整的包裹。如图5为H-TiO2/C/Fe3O4的TEM图，从图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双层壳包覆的四氧化三铁纳米颗粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1：将铁盐以及六亚甲基四胺加入乙二醇溶液中，搅拌得到浑浊液，随后转移至反应釜中进行水热反应得到四氧化三铁纳米颗粒；/nS2、将四氧化三铁纳米颗粒加入无水乙醇与去离子水混合溶液中，搅拌使其分散均匀；随后加入氨水，甲醛以及间苯二酚，搅拌得到混合溶液A；/nS3、将混合溶液A转移至反应釜中进行水热反应得到碳包覆核壳结构四氧化三铁纳米颗粒；/nS4、将碳包覆核壳结构四氧化三铁纳米颗粒加入无水乙醇溶液中，搅拌得到混合溶液B，随后加入钛酸四丁酯，水浴搅拌得到二氧化钛和碳双层包覆的核壳结构四氧化三铁纳米颗粒；/nS5、将二氧化钛和碳双层包覆的核壳结构四氧化三铁纳米颗粒加入到氢氧化钠溶液中，搅拌均匀后缓慢加入盐酸溶液直至无气泡产生，搅拌后过滤得到固体C；/nS6、将固体C置于管式炉中，使用氢氩气氛进行煅烧得到氢化二氧化钛和碳双层壳包覆的四氧化三铁纳米颗粒。/n

【技术特征摘要】
1.一种双层壳包覆的四氧化三铁纳米颗粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将铁盐以及六亚甲基四胺加入乙二醇溶液中，搅拌得到浑浊液，随后转移至反应釜中进行水热反应得到四氧化三铁纳米颗粒；
S2、将四氧化三铁纳米颗粒加入无水乙醇与去离子水混合溶液中，搅拌使其分散均匀；随后加入氨水，甲醛以及间苯二酚，搅拌得到混合溶液A；
S3、将混合溶液A转移至反应釜中进行水热反应得到碳包覆核壳结构四氧化三铁纳米颗粒；
S4、将碳包覆核壳结构四氧化三铁纳米颗粒加入无水乙醇溶液中，搅拌得到混合溶液B，随后加入钛酸四丁酯，水浴搅拌得到二氧化钛和碳双层包覆的核壳结构四氧化三铁纳米颗粒；
S5、将二氧化钛和碳双层包覆的核壳结构四氧化三铁纳米颗粒加入到氢氧化钠溶液中，搅拌均匀后缓慢加入盐酸溶液直至无气泡产生，搅拌后过滤得到固体C；
S6、将固体C置于管式炉中，使用氢氩气氛进行煅烧得到氢化二氧化钛和碳双层壳包覆的四氧化三铁纳米颗粒。


2.如权利要求1所述的双层壳包覆的四氧化三铁纳米颗粒的制备方法，其特征在于，所述铁盐为三氯化铁、六水合氯化铁或硫酸亚铁。


3.如权利要求1所述的双层壳包覆的四氧化三铁纳米颗粒的制备方法，其特征在于，所述铁盐与六亚甲...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴启超，宿致佳，倪俨杰，孙凡婷，解明星，
申请(专利权)人：扬州工业职业技术学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32