[發(fā)明專利]納米結(jié)構(gòu)的金屬和金屬化合物的制備及其應(yīng)用

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200780011688.1
• 申請(qǐng)日: 2007-03-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101443932A
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-05-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡永生;郭玉國(guó);帕拉尼·巴拉揚(yáng);約阿希母·邁爾;薩爾米馬拉·霍爾
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 促進(jìn)科學(xué)E.V.麥克斯-普朗克公司
• 主分類號(hào): H01M4/02
• 分類號(hào): H01M4/02;H01M8/10;B22F9/24;C01G55/00;C25C5/02;H01M10/40;B01J37/34;B01J37/06;B22F1/00;C01G1/02;C01B31/04;C25D5/48;C25D5/54
• 代理公司: 北京德琦知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 徐江華;王珍仙

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種制備納米結(jié)構(gòu)的金屬和金屬化合物的方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

納米結(jié)構(gòu)的材料在過(guò)去的二十年里引起了人們很大的技術(shù)興趣，這主要是因?yàn)樗鼈儚V泛的應(yīng)用：用作催化劑、分子篩、隔板或氣體傳感器，以及用于電子和電化學(xué)元件。迄今為止報(bào)道過(guò)的多數(shù)納米結(jié)構(gòu)材料的合成集中在模板輔助的倒置方法(template-assisted?bottom-up?process)上，包括軟模板(螯合劑、表面活性劑、嵌段共聚物等)和硬模板(多孔氧化鋁、碳納米管和納米多孔材料)方法或使用適宜的有機(jī)添加劑的基于溶液的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的原則性目的是提供廣泛適用于在室溫下合成具有大表面積和明顯的納米多孔性的納米結(jié)構(gòu)的金屬或金屬化合物的方法。所述方法還應(yīng)該是不使用模板的方法，不涉及到表面活性劑的使用。并且，所述方法應(yīng)該優(yōu)選能夠進(jìn)一步發(fā)展為能夠制備納米顆粒。此外，本發(fā)明涉及根據(jù)本發(fā)明方法的產(chǎn)品的具體用途。

為了滿足這些目的，在方法方面提供了所述材料制備的普遍適用的方法，包括如下步驟：

a)取含有第一金屬的化合物或第一金屬合金的化合物的第一材料；

b)將所述第一材料插到電化學(xué)電池中作為第一電極，所述電化學(xué)電池包括第二電極和電解液，所述第二電極包括不同于第一材料中結(jié)合的金屬的第二金屬，所述電解液適于通過(guò)外部電路中的電流流動(dòng)將第二金屬輸送到第一電極并將其插入到第一材料中，從而在第一電極材料中形成第二金屬的化合物；和

c)在第二金屬的化合物形成之后，處理第一電極材料以化學(xué)地和/或電化學(xué)地去除至少部分第二金屬的化合物，以剩下具有納米多孔結(jié)構(gòu)的材料。

從P.Poizot、S.Laruelle、S.Grugeon、L.Dupont和J-M.Tarascon發(fā)表在Nature?Vol.407，2000-9-28，p496-499中題為“Nano-sized?transition-metaloxides?as?negative-electrode?materials?for?lithium-ion?batteries”的文獻(xiàn)中關(guān)于鋰離子電池的轉(zhuǎn)化反應(yīng)了解到以鋰作為(第二)金屬向以CoO作為(第一)金屬化合物的電極材料中的插入。這篇限于鋰離子電池的領(lǐng)域的文獻(xiàn)，認(rèn)識(shí)到當(dāng)CoO顆粒用作電極與含有鋰的其他電極在鋰離子電池中發(fā)生如下反應(yīng)：

CoO+2Li⁺+2e^-→Co+Li₂O??????????????(1)

本發(fā)明在該現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，認(rèn)識(shí)到通過(guò)在第二金屬化合物形成之后處理第一電極，以化學(xué)去除或浸出至少部分第二金屬化合物，剩下具有納米多孔結(jié)構(gòu)的材料的方法，可以得到納米多孔金屬、納米多孔金屬化合物、或金屬和金屬化合物的納米多孔混合物形式的納米多孔材料。并且，本發(fā)明不限于金屬Co，而是通用于廣泛的來(lái)自諸如MpX的金屬化合物的金屬，其中Mp指第一“母體”金屬，該金屬選自包括Pt、Ru、Au、Ir、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Hf、Ta、W、Re、Os、Tl、Pb和Bi及其合金的組中，X包括選自包括氧化物、硫化物、氟化物、氯化物、氮化物和磷化物的組中的化合物。

在實(shí)施該方法時(shí)，優(yōu)選第二金屬選自包括Li、Na、K、Cs、Mg、Ca和Al的組中。

化學(xué)去除至少部分第二金屬化合物的一個(gè)基本可能性是，在形成第二金屬的化合物之后，將第一選擇材料浸入溶劑中以通過(guò)第二金屬化合物的溶解或其與下列化學(xué)物質(zhì)中的至少一種發(fā)生反應(yīng)來(lái)化學(xué)去除第二金屬化合物，所述化學(xué)物質(zhì)是：水、稀硫酸、0.1～1.0M的硫酸、濃硫酸、0.1～1.0M的HCl和HNO₃，選擇所述化學(xué)物質(zhì)使其能夠溶解第二金屬的化合物而不與第一金屬或第一金屬化合物反應(yīng)。所以，當(dāng)在電化學(xué)電池中處理第一電極材料以將第二金屬插入其中，并至少將部分第一金屬的化合物或第一金屬合金的化合物轉(zhuǎn)化為第二金屬的化合物之后，對(duì)第一電極材料進(jìn)行直接化學(xué)處理，使制備納米多孔材料成為可能。這樣制備的納米多孔材料以第一金屬、或以第一金屬合金的形式存在，或者當(dāng)?shù)诙饘倩衔镂幢煌耆鼗瘜W(xué)去除時(shí)，以第一金屬或金屬合金與其化合物的混合物的形式存在。這種納米多孔材料的制備不需要任何模板或表面活性劑。