[發(fā)明專利]具有中空海膽狀結(jié)構(gòu)的復(fù)合金屬氧化物、其制法與應(yīng)用

有效

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• 申請日: 2016-10-25
• 公開（公告）號: CN107973333B
• 公開（公告）日: 2020-07-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李鐵;張珽;羅袆;丁海燕
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所
• 主分類號: C01G1/02
• 分類號: C01G1/02;C01G53/04;H01G11/46;G01N27/04
• 代理公司: 南京利豐知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 王鋒

本發(fā)明公開了一種具有中空海膽狀結(jié)構(gòu)的復(fù)合金屬氧化物、其制法與應(yīng)用。所述的制法包括：將含金屬元素的化合物和還原劑于溶劑中均勻混合，并在壓力為1～30Pa、溫度為0℃～200℃的條件下反應(yīng)不超過50h，之后將所獲產(chǎn)物在0℃～450℃條件下退火，形成所述具有中空海膽狀結(jié)構(gòu)的復(fù)合金屬氧化物。本發(fā)明具有中空海膽狀結(jié)構(gòu)的復(fù)合金屬氧化物的形貌及粒徑均一性好、比表面積大、熱穩(wěn)定性能優(yōu)良，且制備工藝簡單、操作方便、產(chǎn)品成本低、可控性好、沒有環(huán)境污染、重復(fù)性好、易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。藉由本發(fā)明具有中空海膽狀結(jié)構(gòu)復(fù)合金屬氧化物形成的柔性超級電容器和硫化氫氣體傳感器等器件的工作性能均得到了顯著改善。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明具體涉及一種具有中空海膽狀結(jié)構(gòu)的復(fù)合金屬氧化物、其制法與應(yīng)用，例如在制備柔性超級電容器、硫化氫氣體傳感器中的用途。

背景技術(shù)

設(shè)計(jì)和控制合成具有特殊形貌的微納米材料是當(dāng)前材料科學(xué)領(lǐng)域及人類社會(huì)不斷前進(jìn)發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力，其中，具有中空結(jié)構(gòu)復(fù)合金屬氧化物材料因其具有密度低、比表面積大、表面滲透性好等優(yōu)點(diǎn)，通過對各組分的種類、材料的形貌、尺寸和結(jié)構(gòu)等調(diào)控，實(shí)現(xiàn)在微納米尺寸實(shí)現(xiàn)對材料結(jié)構(gòu)和性能的設(shè)計(jì)及優(yōu)化，目前已經(jīng)成為目前新材料領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)，在眾多領(lǐng)域都有著廣闊的應(yīng)用前景。例如：一方面，隨著柔性電子設(shè)備的高速發(fā)展，對高性能柔性儲(chǔ)能器件-柔性超級電容器的需求越來越得到重視，但是，現(xiàn)有技術(shù)中的柔性電子設(shè)備受電極材料(尤其是金屬氧化物，如氧化鎳、氧化鈷、二氧化錳等)的比電容值及能量/功率密度低、電導(dǎo)率與熱穩(wěn)定性差，及材料合成工藝復(fù)雜等缺點(diǎn)制約，難以滿足實(shí)際需求。

另一方面，硫化氫是一種超劇毒的物質(zhì)，即使稀的硫化氫也對呼吸道和眼睛有刺激作用，并引起頭痛，濃度達(dá)1mg/L或更高時(shí)，對生命有危險(xiǎn)，因此低溶度硫化氫的檢測，對保護(hù)人民身體健康和提高生活質(zhì)量有重要意義和價(jià)值。現(xiàn)有技術(shù)中，常見的基于金屬氧化物的半導(dǎo)體氣體傳感器和電化學(xué)傳感器等還有許多問題有待解決，如靈敏度不夠高、選擇性差、工作溫度高而導(dǎo)致功耗高等現(xiàn)實(shí)問題，往往達(dá)不到硫化氫檢測的精度要求。因此，研究如何制備形貌、粒徑可控、結(jié)構(gòu)特殊的中空結(jié)構(gòu)復(fù)合金屬氧化物材料，對于拓展其功能性的應(yīng)用具有重大意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于提供一種具有中空海膽狀結(jié)構(gòu)的復(fù)合金屬氧化物、其制法與應(yīng)用，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足。

為實(shí)現(xiàn)前述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括：

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種具有中空海膽狀結(jié)構(gòu)的復(fù)合金屬氧化物的制法，其包括：將含金屬元素的化合物和還原劑于溶劑中均勻混合，并在壓力為1～30Pa、溫度為0℃～200℃的條件下反應(yīng)不超過50h，之后將所獲產(chǎn)物在0℃～450℃條件下退火，獲得所述具有中空海膽狀結(jié)構(gòu)的復(fù)合金屬氧化物。

在一些較佳實(shí)施方案中，所述的制法包括：將含金屬元素的化合物和還原劑于溶劑中混合，并使形成的混合反應(yīng)液在壓力為1～30Pa(優(yōu)選為5～20Pa，尤其優(yōu)選為10～15Pa)、溫度為25～200℃(優(yōu)選為120～180℃，尤其優(yōu)選為150～170℃)的條件下持續(xù)反應(yīng)1～10h(優(yōu)選為2～8h，尤其優(yōu)選為3～5h)，并經(jīng)100～450℃(優(yōu)選為200～420℃，尤其優(yōu)選為300～400℃)退火0.5～3h(優(yōu)選為1～3h，尤其優(yōu)選為2～2.5h)處理，形成所述具有中空海膽狀結(jié)構(gòu)的復(fù)合金屬氧化物。

進(jìn)一步的，所述含金屬元素的化合物包括無機(jī)鹽和/或金屬氫氧化物。

進(jìn)一步的，所述還原劑包括氨水、葡萄糖、維生素C、尿素、脲、硼氫化鈉、水合肼、對苯二銨、1-丁基-3-甲基咪唑溴鹽、1-乙基-1-甲基吡咯烷氯鹽中的任意一種或兩種以上按任意比例的組合，且不限于此。

進(jìn)一步的，所述溶劑包括水，且不限于此。

本發(fā)明實(shí)施例還提供了由前述方法制備的具有中空海膽狀結(jié)構(gòu)的復(fù)合金屬氧化物。