[發(fā)明專利]空心納米籠結(jié)構(gòu)的Cu2O?CuO?TiO2復(fù)合材料的制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710043129.4
• 申請(qǐng)日: 2017-01-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106784775A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 隋永明;王光霞;鄒勃
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/48
• 分類號(hào): H01M4/48;H01M4/36;H01M10/0525
• 代理公司: 長(zhǎng)春吉大專利代理有限責(zé)任公司22201
• 代理人: 王恩遠(yuǎn)

本發(fā)明的空心納米籠結(jié)構(gòu)的Cu₂O?CuO?TiO₂復(fù)合材料的制備方法屬于過(guò)渡金屬氧化物半導(dǎo)體材料合成的技術(shù)領(lǐng)域，利用菲林試劑方法合成Cu₂O二十六面體，取制得的二十六面體Cu₂O溶于去離子水，超聲使其均勻，逐滴加入TiF₄溶液，攪拌均勻后160?180℃水熱處理15?60分鐘，降至室溫后，離心、洗樣、烘干，得到空心納米籠結(jié)構(gòu)的Cu₂O?CuO?TiO₂復(fù)合材料。本發(fā)明制備過(guò)程綠色環(huán)保，不會(huì)對(duì)環(huán)境帶來(lái)任何污染，產(chǎn)物尺寸均一，空心程度高，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，在催化、氣敏、Li離子電池陰極等方面有廣泛應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于過(guò)渡金屬氧化物半導(dǎo)體材料合成的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種簡(jiǎn)單綠色空心納米籠結(jié)構(gòu)的制備方法。

背景技術(shù)

眾所周知，材料的性質(zhì)主要由其結(jié)構(gòu)決定，而材料的應(yīng)用又取決于它的性質(zhì)。因此結(jié)構(gòu)對(duì)于材料而言至關(guān)重要。空心納米結(jié)構(gòu)金屬氧化物作為功能材料中重要的組成部分，由于其大的比表面積，低密度，高的負(fù)載能力和表面穿透能力，在很多領(lǐng)域有巨大的潛在應(yīng)用，近年來(lái)得到廣泛的關(guān)注。相比于實(shí)心塊狀材料，納米空心結(jié)構(gòu)的成分和結(jié)構(gòu)的可調(diào)性，使得它們?cè)谀芰績(jī)?chǔ)存和轉(zhuǎn)化，催化，氣敏，生物醫(yī)藥等方面有廣闊的應(yīng)用前景。例如，中間的空心部分能夠儲(chǔ)存不同的東西，可作為藥物傳送載體、鋰電鈉電的正負(fù)極等。尤其是非球形的空心結(jié)構(gòu)材料，有著更佳的應(yīng)用效果。

過(guò)渡金屬氧化物由于其儲(chǔ)量豐富，價(jià)格低廉，環(huán)境友好，安全，在催化、氣敏、儲(chǔ)能等方面有廣泛的應(yīng)用。Cu的氧化物Cu₂O、CuO及TiO₂在過(guò)去被廣泛應(yīng)用于氣敏、催化、Li電池、產(chǎn)H₂，比如Cu₂O或者CuO，比容量大，安全性高，相比于傳統(tǒng)的Li電池負(fù)極材料C而言，有很大的優(yōu)勢(shì)，有望成為其替代材料。但是這些材料在充放電過(guò)程反復(fù)嵌脫Li離子中，使得材料體積變化很大，具有非常大的粉化從而使材料具有較差的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。而二氧化鈦材料在充放電過(guò)程中體積膨脹非常小(<4％)，但是其理論容量卻只有170mAh/g。如果采用二氧化鈦和其他金屬氧化物進(jìn)行復(fù)合，并將復(fù)合物制備成空心結(jié)構(gòu)，那么二氧化鈦能抑制其他金屬氧化物的膨脹，而且，將它們的復(fù)合物制成納米尺寸的空心結(jié)構(gòu)，不僅能縮短鋰離子擴(kuò)散和電子的傳輸路徑，還能增加材料的比表面積，進(jìn)一步緩解嵌脫Li離子導(dǎo)致的體積膨脹，使得復(fù)合材料既具有高的可逆容量的同時(shí)兼具優(yōu)異的循環(huán)和倍率性能，這樣就很有利于材料的商業(yè)化應(yīng)用。

空心結(jié)構(gòu)巨大的優(yōu)點(diǎn)和潛在的應(yīng)用使得很多研究者致力于開(kāi)發(fā)各種有利形貌的空心結(jié)構(gòu)，最常見(jiàn)的空心結(jié)構(gòu)制備方法就是模板法。根據(jù)所用模板的類型，空心微/納米結(jié)構(gòu)的制備方法大致可分為三種，包括硬模板法，軟模板法，自模板法。硬模板法原則上是可以制備各種各樣的空心結(jié)構(gòu)，但是模板上異相覆蓋一種物質(zhì)通常需要額外的表面修飾過(guò)程，就會(huì)導(dǎo)致低重復(fù)性和高成本。除此之外，除去模板時(shí)可能會(huì)用到有毒的刻蝕劑或溶液，也限制了這種方法的廣泛應(yīng)用。軟模板法相比于硬模板法更簡(jiǎn)單，但是用這種方法制備的材料主要是具有高度分散性的毫米級(jí)別的尺寸，嚴(yán)重限制了其實(shí)際應(yīng)用。新發(fā)展的自模板法相比于傳統(tǒng)的模板法有很多優(yōu)勢(shì)，包括制備過(guò)程簡(jiǎn)單，低格低廉，樣品均一度高，由于沒(méi)有異相覆蓋過(guò)程，便于大量生產(chǎn)，相比于另兩種方法，更利于實(shí)際應(yīng)用。

但是各向異性的納米籠結(jié)構(gòu)，在合成方面更為困難。即使采用模板法，由于高曲率面的難以控制的覆蓋等技術(shù)難度，仍然沒(méi)有比較好的合成報(bào)道。

因此，探究簡(jiǎn)單易行、綠色的Cu₂O-CuO-TiO₂空心納米籠合成方法具有重要的學(xué)術(shù)意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，克服多種復(fù)合物非球形結(jié)構(gòu)的制備存在的背景技術(shù)難題，提供一種工藝簡(jiǎn)單、綠色環(huán)保、空心納米籠結(jié)構(gòu)的Cu₂O-CuO-TiO₂復(fù)合材料的制備方法。