背景技術(shù)：
鈣鈦礦型氧化物納米粒子由于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，晶格存在氧缺陷，將其作為電催化材料對燃料電池具有良好的電催化作用，并且價(jià)格低廉，因此得到普遍關(guān)注。但是鈣鈦礦納米粒子容易團(tuán)聚，致使其比表面積大大降低，活性位點(diǎn)減少。因此，需選擇合適的載體材料，使之能為鈣鈦礦粒子的高度分散提供平臺并且起到支撐穩(wěn)定的作用。催化劑載體材料，一般為sp²鍵合型的碳材料，它們具有較高的導(dǎo)電性和較大的比表面積。但同時(shí)sp²雜化的碳材料也有一個(gè)嚴(yán)重的缺點(diǎn)，那就是在氧化條件下極易發(fā)生結(jié)構(gòu)和形貌的退化，電催化劑載體的退化行為是非常嚴(yán)重的問題，因?yàn)樗鼘⒅苯訉?dǎo)致電極力學(xué)性能的降低而塌陷，以致催化劑與基體分離、失效。Sp³雜化的金剛石由于其高穩(wěn)定性，可以在強(qiáng)腐蝕的介質(zhì)中長期穩(wěn)定工作，使得負(fù)載的電催化劑材料壽命有了很大提高。對于金剛石電化學(xué)載體材料來說，目前主要的研究對象為納米金剛石。但納米金剛石與負(fù)載物的親和力差，使負(fù)載物容易發(fā)生遷移和團(tuán)聚，并且在液相介質(zhì)中，納米金剛石顆粒本身也較容易發(fā)生團(tuán)聚。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種工藝簡單、成本低、反應(yīng)過程易于控制、鈣鈦礦納米粒子在金剛石上分布較均勻、具有良好電催化性能的鈣鈦礦/金剛石復(fù)合材料及制備方法。

本發(fā)明的鈣鈦礦/金剛石復(fù)合材料是一種粒徑為50～80nm的鈣鈦礦納米粒子均勻地分布在粒徑為1～20μm的金剛石微粉上的復(fù)合材料。

上述鈣鈦礦/金剛石復(fù)合材料的制備方法如下：

1、微米金剛石的氨化處理：

將粒徑為1～20微米的金剛石微粉加入到含量為25～28％的分析純氨水中，加入量為每升氨水中加入金剛石微粉20克，攪拌均勻后，超聲振蕩1小時(shí)，頻率為40kHz，功率為180W，用無水乙醇漂洗三遍，40～50℃烘干，制得表面帶有氨基團(tuán)的金剛石微粉。

2、鈣鈦礦/金剛石復(fù)合材料的制備：

按100ml無水乙醇加入0.77～1.94g金剛石微粉的比例，將上述表面帶有氨基團(tuán)的金剛石微粉加入到無水乙醇中，經(jīng)超聲分散60min后制成懸浮液；按摩爾比為1:1的比例將甲組硝酸鹽中的一種和乙組硝酸鹽中的一種加入到上述金剛石懸浮液中，兩種硝酸鹽質(zhì)量的和與金剛石微粉的質(zhì)量比為0.4～2.9：1，其中甲組硝酸鹽包括硝酸鑭、硝酸鍶和硝酸鋇，乙組硝酸鹽包括硝酸錳、硝酸鐵和硝酸鎳；磁力攪拌30min后，加入與硝酸鹽質(zhì)量比分別為2:1的檸檬酸和3:20的烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)，待檸檬酸完全溶解后，向溶液中滴加氨水調(diào)節(jié)其pH值為10～11，得到所需的鈣鈦礦/金剛石前驅(qū)體溶液；將該前驅(qū)體溶液在水浴下50℃～70℃陳化8～24h后，在80℃干燥箱中烘干并裝入坩堝；先在空氣中350℃煅燒2h，使檸檬酸鹽充分分解，并隨爐冷卻至室溫，然后將煅燒后的粉體放入真空爐中，以1℃/min的升溫速度升到550～650℃煅燒2～5h，隨爐冷卻至室溫，即得到鈣鈦礦/金剛石復(fù)合材料。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、工藝簡單,成本低，化學(xué)均勻性好，反應(yīng)過程易于控制。

2、制備的鈣鈦礦/金剛石復(fù)合材料，鈣鈦礦納米粒子在金剛石上分布較均勻。

3、采用具有優(yōu)異的化學(xué)和電化學(xué)穩(wěn)定性的微米金剛石作為載體材料提高了鈣鈦礦納米粒子的分散度，增大了催化劑的比表面積，增多了催化活性位點(diǎn)，使其具有更好的催化能力，并拓寬了微米金剛石的應(yīng)用領(lǐng)域。

4、制備的鈣鈦礦/金剛石復(fù)合材料和鈣鈦礦材料作為鋅-空氣電池中空氣電極的氧還原催化劑進(jìn)行對比，本復(fù)合材料降低了陰極極化，使得氧還原過程的開始電位和半波電位均分別向正的方向移動了0.2V和0.1V，且動力學(xué)電流密度增大了約40％。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例1獲得的錳酸鑭/金剛石復(fù)合材料的掃描電鏡圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例2獲得的鎳酸鍶/金剛石復(fù)合材料的透射電鏡圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

將粒徑為1～2微米的金剛石微粉加入到含量為28％的分析純氨水中，加入 量為每升氨水中加入金剛石微粉20克，攪拌均勻后，超聲振蕩1小時(shí)(頻率為40kHz，功率180W)，用無水乙醇漂洗三遍，50℃烘干，制得表面帶有氨基團(tuán)的金剛石微粉。

將上述表面帶有氨基團(tuán)的金剛石微粉1.94g，加入到100mL無水乙醇中，經(jīng)超聲分散60min后制成金剛石懸浮液，將硝酸鑭1.73g和硝酸錳1.0g加入到上述金剛石懸浮液中，磁力攪拌30min后，加入5.46g檸檬酸和0.41g烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)，待檸檬酸完全溶解后，向溶液中滴加氨水調(diào)節(jié)其pH值為10，得到所需的鈣鈦礦/金剛石前驅(qū)體溶液；將該前驅(qū)體溶液在水浴下60℃陳化12h后，在80℃干燥箱中烘干并裝入坩堝；先在空氣中350℃煅燒2h，使檸檬酸鹽充分分解，并隨爐冷卻至室溫，然后將煅燒后的粉體放入真空爐中，以1℃/min的升溫速度升到650℃煅燒2h，隨爐冷卻至室溫，即得到錳酸鑭含量為33％的錳酸鑭/金剛石復(fù)合材料。

經(jīng)S4800場發(fā)射掃描電鏡觀察，如圖1所示，獲得的錳酸鑭/金剛石復(fù)合材料，具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，納米錳酸鑭粒子在1～2微米的金剛石上分布較均勻，XRD分析表明為鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，屬正交晶系，平均粒徑約為50nm。

實(shí)施例2

將粒徑為6～8微米的金剛石微粉加入到含量為25％的分析純氨水中，加入量為每升氨水中加入金剛石微粉20克，攪拌均勻后，超聲振蕩1小時(shí)(頻率為40kHz，功率180W)，用無水乙醇漂洗三遍，50℃烘干，制得表面帶有氨基團(tuán)的金剛石微粉。

將上述表面帶有氨基團(tuán)的金剛石微粉0.77g，加入到100mL無水乙醇中，經(jīng)超聲分散60min后制成金剛石懸浮液，將硝酸鍶0.84g和硝酸鎳1.16g加入到上述金剛石懸浮液中，磁力攪拌30min后，加入4.0g檸檬酸和0.3g烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)，待檸檬酸完全溶解后，向溶液中滴加氨水調(diào)節(jié)其pH值為11，得到所需的鈣鈦礦/金剛石前驅(qū)體溶液；將該前驅(qū)體溶液在水浴下50℃陳化24h后，在80℃干燥箱中烘干并裝入坩堝。先在空氣中350℃煅燒2h，使檸檬酸鹽充分分解，并隨爐冷卻至室溫，然后將煅燒后的粉體放入真空爐中，以1℃/min的升溫速度升到550℃煅燒5h，隨爐冷卻至室溫，即得到鎳酸鍶含量為50％的鎳酸鍶/金剛石 復(fù)合材料。

經(jīng)H-2100透射電鏡觀察，如圖2所示，獲得的鎳酸鍶/金剛石復(fù)合材料，納米鎳酸鍶粒子在6～8微米的金剛石上分布較均勻，平均粒徑約為80nm。

實(shí)施例3

將粒徑為15～20微米的金剛石微粉加入到含量為26％的分析純氨水中，加入量為每升氨水中加入金剛石微粉20克，攪拌均勻后，超聲振蕩1小時(shí)(頻率為40kHz，功率180W)，用無水乙醇漂洗三遍，40℃烘干，制得表面帶有氨基團(tuán)的金剛石微粉。

將上述表面帶有氨基團(tuán)的金剛石微粉0.96g，加入到100mL無水乙醇中，經(jīng)超聲分散60min后制成金剛石懸浮液，將硝酸鋇0.26g和硝酸鐵0.18g加入到上述金剛石懸浮液中，磁力攪拌30min后，加入0.88g檸檬酸和0.06g烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)，待檸檬酸完全溶解后，向溶液中滴加氨水調(diào)節(jié)其pH值為11，得到所需的鈣鈦礦/金剛石前驅(qū)體溶液。將該前驅(qū)體溶液在水浴下70℃陳化8h后，在80℃干燥箱中烘干并裝入坩堝。先在空氣中350℃煅燒2h，使檸檬酸鹽充分分解，并隨爐冷卻至室溫，然后將煅燒后的粉體放入真空爐中，以1℃/min的升溫速度升到600℃煅燒3h，隨爐冷卻至室溫，即得到鎳酸鍶含量為20％的鎳酸鍶/金剛石復(fù)合材料。