[發明專利]一種高性能介孔二氧化錫基材料的制備方法及其所得材料和應用

有效

• 申請號: 201610551403.4
• 申請日: 2016-07-13
• 公開（公告）號: CN106219597B
• 公開（公告）日: 2017-12-26
• 發明（設計）人: 張文惠;岳鹿;王開新;郭秀鳳;周正;崔恩田;徐寧;關榮鋒
• 申請（專利權）人: 鹽城工學院;上海超威納米科技有限公司
• 主分類號: H01M4/48
• 分類號: H01M4/48;C01G19/02;H01M10/0525;B01J23/14
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)32204
• 代理人: 鄭立發

技術領域

本發明涉及一種復合材料技術領域，具體涉及一種高性能的介孔SnO₂基材料的制備方法，以及所得材料和其在鋰離子電池負極材料、傳感器材料、光催化材料中的應用。

背景技術

二氧化錫是一種重要的半導體氧化物材料，因其具有獨特的光電性能和氣敏性能，化學穩定性好，使其在敏化太陽能電池、傳感器、光催化、鋰離子電池負極材料等領域具有廣泛的應用。與其他納米結構相比，多孔SnO₂納米結構具有高孔隙率和較大的比表面積、更優異的光電性能和氣敏性能，因此其在許多領域擁有巨大的開發潛力和應用前景。

目前，關于多孔二氧化錫納米材料的制備方法很多，包括模版法、陽極氧化法、溶膠凝膠法、水熱法和溶劑熱法、噴霧熱蒸發法、靜電紡絲法、紫外線照射、脈沖電位技術、光化學法等，這些方法各有利弊，如模板法和溶膠凝膠法由于簡單、可控性強、制備質量好等優點，但目前還限于實驗室研究，商業化前景仍然受限于反應規模和重復性等瓶頸；噴霧熱蒸發法、靜電紡絲法、紫外線照射、脈沖電位技術、光化學法等制備的多孔SnO₂納米材料質量高、品型好、產物的形貌豐富多樣，但是這些氣相法制備溫度高、儀器設備品貴、且產率低，重復性差，很難擴展到大規模的工業生產和應用。因此開發具有高性能的新型SnO₂基材料的適應于商業化發展的新方法或路徑極具迫切性。

發明內容

發明目的：針對現有技術中所制備SnO₂基材料性能不夠優越，所采用的高性能SnO₂材料的制備或合成路徑較為復雜或商業化前景渺茫等問題，本發明的目的在于提供一種高性能介孔SnO₂基材料的制備方法，該制備方法簡單，重復性好，易于大規模的企業化生產和使用，所得復合材料可廣泛用作高性能鋰離子電池負極材料、傳感器材料、光催化材料中。

技術方案：為了實現上述發明目的，本發明公開了一種高性能介孔SnO₂基材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)把Cu和Sn按照一定比例熔融制備合金塊體；

(2)將步驟(1)得到的合金塊體通過蒸發氣化制備納米復合球；

(3)將步驟(2)得到的納米復合球通過液相氧化法除去Cu，經過濾、洗滌、干燥后得到介孔氧化SnO₂基材料；

(4)將步驟(3)得到的介孔氧化SnO₂基材料直接在高溫惰性氣氛燒結或將其經過碳包覆改性后高溫惰性氣氛燒結，制備得到高性能介孔SnO₂基材料或其碳復合材料。

作為優選，步驟(3)中所述的液相氧化法為：用體積比為(1-3)：1：1的H₂O-H₂O₂-H₂SO₄混合溶液室溫攪拌下氧化5-36h，用于除去Cu和氧化Sn為SnO₂。

作為另一種優選，步驟(1)中所述Cu和Sn的重量比例為(0：10)-(10：1)。

作為另一種優選，步驟(4)中所述高溫惰性氣氛燒結，所述惰性氣氛使用Ar、He氣等，處理時間為3～10h，處理溫度為400-600度。

作為另一種優選，步驟(4)中所述將其經過碳包覆改性，所用的方法為水熱葡萄糖或果糖或蔗糖，或者通過聚合聚苯胺、聚吡咯或聚噻吩，或是將至分散在含有水溶性的有機高分子材料(羧甲基纖維素鈉、殼聚糖等)溶液中通過均勻混合復合而成；高溫碳化后，SnO₂和碳的重量比例為5：5到9.5：0.5之間。

本發明的第二目的在于公開一種高性能介孔SnO₂基材料，該介孔SnO₂基材料是根據上述制備方法制備而成，其包括含有豐富的介孔結構，比表面積較大，且具有較高的電導率。

本發明的最后目的是提供一種根據上述制備方法得到的介孔SnO₂基材料的應用，其中將得到的介孔SnO₂基材料應用于氣敏材料，具有很高的靈敏度和很好的恢復特性；將介孔SnO₂基材料用作鋰離子電池負極材料，通過與炭黑和羥甲基纖維素混合制備得到鋰離子電池復合負極，使用了上述復合材料制備的復合負極的循環性能、倍率性能、可逆容量相比于其它方法制備的SnO₂材料均有大幅的提高或改善；其中將得到的介孔SnO₂基材料應用于光催化中，具有快速的光降解效應。