[发明专利]一种铈掺杂的可导电稀土硫氧化物微米管的制备方法与应用

说明书

一种铈掺杂的可导电稀土硫氧化物微米管的制备方法与应用，采用静电纺丝技术法及后续的高温处理法制备La₂OSO₄:x%Ce³⁺微米管，之后通过化学气象沉积法在纳米管上长了一层不同厚度的石墨烯，生成可以导电的La₂OSO₄:x%Ce³⁺微米管，该材料由于S和Ce元素的化学价的可变性，材料的导电性能，产氢产氧性能都得到了大幅的提高，对于扩大Ce掺杂的稀土硫氧化物的应用领域具有重要的研究意义。

技术领域

本发明涉及新型材料领域，特别涉及一种铈掺杂的可导电稀土硫氧化物微米管的制备方法与应用。

背景技术

S元素因其化合价的改变使其在催化，氧存储等领域具有重要的应用价值。如Gd₂O₂S中的S元素在氧化还原反应中存在+6 (Gd ₂O₂SO₄)/ -2 (Gd ₂O₂S)间的化合价变化，可释放出2 mmol的O₂。同时，铈（Ce）元素在氧化还原反应中也存在+4/+3间的化合价变化。如果将Ce掺杂的硫氧化物做成可导电的材料，研究材料的电化学性能的变化，将成为人们的研究热点。

如何将不导电的硫氧化物材料变成可以导电的硫氧化物材料，研究该体系的电化学性能的变化，目前还没有人报道。因此，我们尝试选用稀土硫酸氧盐纳米材料为代表，制备出可以导电的稀土硫酸氧盐纳米材料，研究铈（Ce）的掺杂对材料的导电性能的影响，为扩大Ce掺杂的稀土硫氧化物的应用领域提供重要的信息。

发明内容

为扩大稀土材料的应用领域，本发明提供一种简易的方法，即通过化学气象沉积法（CVD）在合成好的稀土硫氧化物材料的表面长一层石墨烯，合成出可以导电的稀土硫氧化物材料，为了提高材料的导电性，我们选择具有较大比表面积的管状结构为模板，同时研究了Ce的掺杂浓度对材料的导电性能的影响。本项研究对于扩宽Ce掺杂的稀土硫氧化物的应用领域具有重要的研究意义。

本发明采用的技术解决方案是：一种铈掺杂的可导电稀土硫氧化物微米管的制备方法，

包括以下步骤：

（1）将总物质的量为0.5 mmol的硝酸镧（La(NO₃)₃·6H₂O）和硝酸铈（Ce(NO₃)₃·6H₂O），与0.25-0.4 g的硫脲和0.5-1.2 g的聚乙烯吡咯烷酮加入到乙醇-水的混合溶液中，搅拌；

（2）将所得溶液置于5 ml的注射器中，选用10-15 kv的高压，以25-40 µL/h的流速进行静电纺丝，得到纤维前驱物；

（3）收集所得的纤维前驱物，在600-700 ℃下保温1.5-3 h，其中升温速度控制在每分钟1-3 ℃，得到La₂OSO₄:x%Ce³⁺微米管；

（4）将所得的La₂OSO₄:x%Ce³⁺微米管置于高温反应炉中，以烷烃气体为碳源，在氮气，氢体的混合气氛中以900-1100℃温度下处理10-60min时间，得到长有石墨烯结构的铈掺杂的可导电稀土硫氧化物微米管。

所述的步骤（1）中乙醇-水的混合溶液中乙醇质量为0.4-1 g，水的质量为0.4-0.8g。

所述的步骤（2）中静电纺丝中，针头到接收板的距离为20-30 cm，空气的湿度为60-80，温度为20-25 ℃。

所述的步骤（4）中做为碳源的烷烃气体为甲烷。