[发明专利]一种Fe2O3相变合成的Fe3O4空心纳米粒子及其应用

说明书

技术领域

本发明属于电极材料技术领域，具体涉及一种Fe₂O₃相变合成的Fe₃O₄空心纳米粒子及其应用。

背景技术

锂离子电池（LIBs）由于具有高容量、高电压和循环寿命长等显著优点而被广泛应用于移动电子设备、国防工业、电动汽车等领域。但是随着锂离子电池的不断普及，锂（碳酸锂）的价格不断上升，而锂资源也存在地球中储量较少、分布不均、难以开采等问题。钠元素相比于锂而言，储量更丰富，价格低廉且来源广泛，因而钠离子电池近年来得到广泛的关注，未来在储能领域的大规模应用上具有比LIBs更好的应用前景。但钠离子电池因缺乏合适的负极材料而制约其实际应用，因此，开发性能优异的钠离子电池负极材料是当前该领域的研究热点和重点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Fe₂O₃相变合成的Fe₃O₄空心纳米粒子及其应用，所得Fe₃O₄空心纳米粒子表现出优异的储钠性能，可作为负极材料，用于制备钠离子电池。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种Fe₂O₃相变合成的Fe₃O₄空心纳米粒子，其是将0.1-0.4 g氯化铁和0.1-0.6 g对苯二甲酸溶解到8-10 mL N,N-二甲基甲酰胺中，搅拌混匀后滴入1-4 mL 0.1-0.5 mol/L氢氧化钠，继续搅拌10-20 min，然后于130-170℃反应釜中反应3-12h，反应物经离心洗涤得红色产物，即为Fe₂O₃空心纳米粒子；所得Fe₂O₃空心纳米粒子于氩气氛围下，经300-500℃退火后相变生成所述Fe₃O₄空心纳米粒子。

所得Fe₃O₄空心纳米粒子可作为负极材料，用于制备钠离子电池。

本发明的显著优点在于：

本方法巧妙应用参与反应的有机配体，与Fe³⁺配位结合形成过渡状态的金属有机复合物，然后，金属有机复合物经溶解再结晶的过程，形成Fe₂O₃空心纳米粒子前驱体，再在氩气氛围下还原得到Fe₃O₄空心纳米粒子。

本发明制备成本低，产品纯度高、性能优异，且可大量合成。所制备的Fe₃O₄空心纳米粒子在钠离子电池中表现出相对较高的比容量和良好的循环稳定性，为铁基电极材料的设计和应用提供了良好的方法和指导。

附图说明

图1为Fe₂O₃空心纳米粒子前驱体与Fe₃O₄空心纳米粒子的XRD图。

图2为Fe₃O₄空心纳米粒子的扫描电镜图（a）和透射电镜图（b）。

图3为Fe₃O₄空心纳米粒子的充放电曲线图。

图4为Fe₃O₄与Fe₂O₃空心纳米粒子的循环性能对比图。

具体实施方式

一种Fe₂O₃相变合成的Fe₃O₄空心纳米粒子，其是将0.1-0.4 g氯化铁和0.1-0.6 g对苯二甲酸溶解到8-10 mL N,N-二甲基甲酰胺中，搅拌混匀后滴入1-4 mL 0.1-0.5 mol/L氢氧化钠，继续搅拌10-20 min，然后于130-170℃反应釜中反应3-12h，反应物经离心洗涤得红色产物，即为Fe₂O₃空心纳米粒子；所得Fe₂O₃空心纳米粒子于氩气氛围下，经300-500℃退火后相变生成所述Fe₃O₄空心纳米粒子。