[發明專利]一種中空氧化銅量子點/介孔碳復合材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201611268813.4
• 申請日: 2016-12-31
• 公開（公告）號: CN106803577B
• 公開（公告）日: 2019-06-14
• 發明（設計）人: 王連邦;蘇利偉;黑金培
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/48;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 黃美娟;俞慧

本發明公開了一種中空氧化銅量子點/介孔碳復合材料及其制備方法和應用，該中空氧化銅量子點/介孔碳復合材料由中空的氧化銅量子點和介孔碳組成，中空的氧化銅量子點粒徑在15?22nm且在介孔碳表面分布均勻。本發明提供了所述的中空氧化銅量子點/介孔碳復合材料作為鋰離子電池電極材料的應用，展現出優異的電化學性能。

技術領域

本發明屬于納米復合材料技術領域，涉及一種中空氧化銅量子點/介孔碳復合材料及其制備方法和應用。

背景技術

隨著科技和社會的發展，能源與環境問題日益凸顯，新型可再生能源以及儲能材料已成為人們研究的熱點。鋰離子電池因其能量密度高、循環壽命長、環境友好等特點，越來越多的用于便攜式電子產品、動力電動汽車、大規模儲能設備等領域。眾所周知，過渡金屬氧化物是一類性能優異的鋰離子電池負極材料。相比于商業化的石墨材料(372mAh/g)，過渡金屬氧化物具有更高的能量密度。氧化銅(CuO)是一種廉價豐富，無毒無污染且具有特殊電子結構的過渡金屬氧化物，在鋰離子電池、超級電容器等領域具有潛在應用。然而，作為鋰離子電池負極材料，氧化銅存在電導率低，充放電過程體積膨脹等問題，嚴重影響了電池的循環性能。設計納米結構的氧化銅并與導電材料相結合可以有效的解決上述的問題。

目前，各種不同結構的納米氧化銅(如中空納米球，納米核殼結構、納米多孔顆粒等)以及氧化銅復合材料(如氧化銅/石墨烯、氧化銅/碳納米管等)被合成并應用于鋰離子電池。但是，迄今為止有關氧化銅量子點/介孔碳復合材料還沒有報道過。量子點(QuantumDots,QDs),即由數百到數千個原子組成，尺寸小于的零維納米顆粒。由于其獨特的結構，量子點納米材料展現出許多特殊的物理和化學性質。用于鋰離子電池負極材料，量子點可以有效的增大活性材料與電解液的接觸面積，增加反應活性位點，縮短Li⁺在體相中的擴散距離以及緩解循環過程中因體積膨脹產生的機械應力。但由于它表面能較高，極易團聚和劣化，難以儲存，通過與導電材料復合能夠有效提高量子點的性能。介孔碳材料(Mesoporous Carbon,MC)具有較大的比表面積(高達2000m²/g)和比孔容(可達1.5m³/g)，良好的微納結構，優秀的物理化學穩定性，是一種非常理想的載體材料。將量子點與介孔碳材料復合，一方面可以防止量子點的團聚，提供較大的反應界面和杰出的化學穩定性，另一方面由于碳材料本身具有良好的導電性，它可以提高材料整體的電子、離子傳輸能力。因此，量子點/介孔碳復合材料在儲能、催化等領域極具應用潛力。

納米中空結構是一種特殊的核殼結構,其特殊性主要表現在其內部是空心的。由于這種獨特的結構，中空納米材料具有密度低，比表面積大，表面滲透性好以及參與反應的活性位點多等優點，一直一來是人們研究的熱點。在以往的報道中，量子點/介孔碳復合材料的報道本就較少，而中空結構的量子點/介孔碳復合材料更是從來沒有報道過。以中空結構的量子點/介孔碳復合材料作為鋰離子電池負極材料，可以快速的吸附和儲存大量的電解液，使Li⁺擴散距離急劇縮短，同時提供更多的電化學反應活性位點，有效的緩沖充放電過程中的體積膨脹，提高材料的電導率。目前，制備中空納米結構的方法主要有模板法和非模板法，制備量子點的方法主要有水熱法、三相法、金屬有機化合物熱解等。但是由于材料結構的特殊性，制備的過程中往往需要非常復雜的步驟，目標產物的分散性和尺寸也難以精確的控制。因此，發展一種制備中空量子點/介孔碳復合材料的簡單的方法具有非常重要的意義。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種中空氧化銅量子點/介孔碳復合材料及其制備方法和應用，制備工藝簡單，成本低廉，產品重現性好；制備的中空氧化銅量子點/介孔碳復合材料用于鋰離子電池電極材料展現出優異的電化學性能。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：

本發明提供了一種中空氧化銅量子點/介孔碳復合材料，由中空的氧化銅量子點和介孔碳組成，其中中空的氧化銅量子點粒徑在15-22nm且在介孔碳表面分布均勻。