[發明專利]一種多孔花狀氧化錫微納結構的制備方法

有效

• 申請號: 201410269916.7
• 申請日: 2014-06-17
• 公開（公告）號: CN103991899A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發明（設計）人: 楊友文;朱文斌;馬東明;汪輝;程婷
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: C01G19/02
• 分類號: C01G19/02;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 何梅生

技術領域

本發明屬于功能材料技術領域，具體涉及多孔花狀SnO₂微納結構材料的制備。

背景技術

在科技高速發展的今天，人們必然對材料提出新的需求，元器件的小型化、高密度集成、高密度存儲等促使材料的研究向更小尺寸方向發展。另一方面，隨著納米科技的發展，人們需要對一些介觀尺度的物理現象，如納米尺度的結構、光學、磁學以及與低維相關的量子尺寸效應等現象進行深入的研究。在過去的幾年里，關于納米材料的研究飛速發展，科研人員已經合成了各種不同形貌尺寸和維度的微納米結構。近年來研究人員通過一些簡單或特殊的方法來制備新穎的微納米結構，并研究其形貌尺寸和其性能的依賴關系。例如，通過構建特殊結構的納米材料能夠提高氣敏材料靈敏度和響應速率。同時，由于具有高比表面積和孔隙率，納米材料成為了鋰離子電池領域的研究熱點。納米結構能夠提高鋰離子的傳輸速率，減小材料脫/嵌鋰過程中的體積效應，提高循環穩定性和比容量。

微納結構是由低維度納米材料(如納米顆粒、納米棒、納米片)通過一定方式組裝而成的具有一定形貌的結構。微納結構不僅能表現出低維度納米材料的優點，同時又具有新的物理化學特性。將SnO₂微納結構作為鋰電池負極材料，既能發揮納米材料尺寸和形貌的優勢，又能有效地避免納米材料發生團聚。同時，微納結構所具有的大比表面積和多孔結構特點，又能極大地提升材料的接觸與吸附等性能。在充放電過程中，納米片之間的孔結構能夠適應材料的體積膨脹和收縮，能夠保持電極的完整。此外納米片具有非常大的比表面積，能夠與電解液充分接觸，有利于Li+的嵌入和脫出。因此得益于納米尺寸的納米片組成單元和這種特殊的多級結構，使這種材料能夠表現出色的儲鋰能力。

SnO₂作為一種n型寬帶隙半導體材料，具有優良的光學、電化學、催化、氣敏等性質以及制備方法簡單，成本低廉等特點。用作鋰離子負極材料，SnO₂的理論容量為781mAh·g^-1，比為商業化的石墨負極的兩倍還高。因此，有關各種SnO₂結構制備方法也較多。如2013年11月公布的公開號CN103395828A的專利公開的是一種多孔空心微米立方塊狀二氧化錫的制備方法。此方法的主要缺點是：(1)過程中使用大量的酸堿溶液，產生較多廢水；(2)煅燒溫度較高，耗能較大；(3)生產工藝較繁瑣，耗時較長。Danni?Lei等在名為“Hierarchical?tin-based?microspheres:Solvothermal?synthesis,chemical?conversion,mechanism?and?application?in?lithium-ion?batteries”一文中(Electrochimica?Acta,2013,106:386-391)采用一種以無水乙醇作為溶劑的溶劑熱法得到SnS₂前驅體，并通過煅燒得到多孔二氧化錫微球。該法雖然步驟簡單，但是以無水乙醇作為溶劑生產成本較高，并且SnS₂前驅體制備時間很長，不利于提高生產效率。

發明內容

本發明旨在避免上述現有技術所存在的不足之處，提供一種工藝簡單的多孔花狀SnO₂微納結構的制備方法，通過水熱法結合煅燒工藝制備得到形貌均勻結晶良好的SnO₂微球。

本發明解決技術問題，采用如下技術方案：

本發明多孔花狀氧化錫微納結構的制備方法，其特點在于按如下步驟進行：

a、在30ml去離子水中加入0.2mmol?SnCl₄·5H₂O和1.6mmol?L-半胱氨酸，攪拌20～30分鐘，混合均勻，然后在160℃條件下水熱反應10h，所得反應產物經離心分離，收集沉淀，將所述沉淀在60℃下干燥5～8h，獲得花狀SnS₂前驅體；原料去離子水、SnCl₄·5H₂O和L-半胱氨酸的用量可等比例放大。

b、將所述花狀SnS₂前驅體在馬弗爐中煅燒，升溫速率設置為1℃/min，待溫度升至500℃后保持3h，然后自然冷卻至室溫，即得目標產物多孔花狀氧化錫微納結構。

與已有技術相比，本發明有益效果體現在：

1、本發明的制備方法中所用原料簡單、廉價，且使用的溶劑為去離子水，相比以往制備復雜多級結構使用大量有機溶劑和表面活性劑，大大降低了成本；