[發明專利]金屬氧化物/碳納米管復合材料及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 200810057568.1
• 申請日: 2008-02-03
• 公開（公告）號: CN101497435A
• 公開（公告）日: 2009-08-05
• 發明（設計）人: 萬立駿;鄭書發;郭玉國
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02;H01M4/02;H01G9/042
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司
• 代理人: 關 暢;任鳳華

技術領域

本發明涉及一種金屬氧化物/碳納米管復合材料及其制備方法與應用。

背景技術

材料、能源和信息是現代社會的支柱，也是新世紀所關心的主要問題。新材料的開發有可能成為新的經濟增長點，在很大程度上決定或影響著一門產業的發展。

在過去的十幾年中，有固定形貌的無機或有機納米/微米結構不僅在電子、光學、力學等器件方面有巨大的潛在應用前景，而且由于其獨特的性質對化學、物理學、電子學、光學、材料科學以及生物科學等領域的基礎研究有著深遠意義。這方面研究的另一個前沿領域是如何構筑具有新穎特性和功能的新奇復合結構材料。這類復合結構材料主要由納米顆粒、納米棒、納米片等納米結構單元結構自組裝而成，通常具有新奇的物理、化學性質和巨大的潛在應用價值，因而倍受人們的關注。制備這種復合結構材料的主要方法有熱還原和氧化法、定向生長法、自組裝法、模板輔助生長法、無模板合成、水熱法和濕化學法等。但簡單、經濟的可控合成復合結構材料仍然是一種挑戰。

金屬氧化物材料具有資源充足、環境友好和用途廣泛等特點。例如，α-Fe₂O₃作為常溫下最穩定的鐵氧化物，在催化劑、顏料、磁性材料、光電材料、氣體傳感器和鋰離子電池方面有著廣泛的應用，在科學和工業技術上也有重要的意義。RuO₂，IrO₂，MnO₂，NiO_x，CoO_x，V₂O₅，SnO₂等過渡金屬氧化物納米材料則表現出很高的電容行為，可作為很有前途的超級電容器的電極材料?；诮饘傺趸镫姌O的超級電容器不僅利用電極/電解質界面上的雙電層，而且利用這一界面上發生的高度可逆的快速氧化還原反應來儲存能量，因而具有很高的法拉第準電容，可達到碳電極材料的10～100倍。

碳納米管作為另一類重要的納米材料，由于其具有很高的化學穩定性、很高的長徑比、很強的機械強度、很高的比表面積和很高的導電性，因而在儲能器件例如電容器和二次電池方面有廣泛的應用前景。

基于金屬氧化物與碳納米管的復合納米結構可以兼具金屬氧化物和碳納米管兩者的優點，已表現出許多優異的性能，而成為納米材料研究的一個熱點領域。因此，開發一種簡單、經濟、適于大規模生產的金屬氧化物/碳納米管復合材料對于高性能鋰離子電池、超級電容器等新型儲能器件的發展具有非常重要的意義。

發明內容

本發明的目的是提供一種金屬氧化物/碳納米管復合材料及其制備方法。

本發明所提供的金屬氧化物/碳納米管復合材料按照包括以下步驟的方法制備：

a)在乙醇或以表面活性劑為溶質的乙醇溶液中分散碳納米管得到溶液A；

b)在乙醇中溶解可溶性金屬鹽得到溶液B；

c)在所述溶液A中加入脲得到溶液C；

d)在所述溶液C中加入水，使水與乙醇的體積比為1∶25～1∶12.5，得到溶液D；

e)在所述溶液D中加入所述溶液B得到溶液E；

f)將所述溶液E在100-150℃回流2-20小時，得到金屬氧化物/碳納米管復合材料的前驅物；

g)將所述前驅物在隔絕氧氣的環境中，從20-25℃按照1℃/分鐘的速率加熱到350℃-400℃，并保持1小時，得到金屬氧化物/碳納米管復合材料。