[發明專利]一種具有孔隙結構的二氧化錫/碳/氮摻雜石墨烯復合材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201710102926.5
• 申請日: 2017-02-23
• 公開（公告）號: CN106654238B
• 公開（公告）日: 2019-03-19
• 發明（設計）人: 楊娟;周向陽;陳三妹;龍波;王輝;田航宇;程芳燕
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/48;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 顏勇

1.一種具有孔隙結構的二氧化錫/碳/氮摻雜石墨烯復合材料，其特征在于：所述復合材料包括內層的一維棒狀二氧化錫/碳復合材料以及外層的氮摻雜石墨烯，其中，一維棒狀二氧化錫/碳復合材料包括由錫基金屬有機骨架化合物原位形成的超細納米二氧化錫組成的納米二氧化錫球顆粒、足夠的預留膨脹空間以及導電碳殼；

所述錫基金屬有機骨架化合物由含Sn²⁺的亞錫鹽在有機羧酸和堿存在的條件下反應得到；

所述氮摻雜石墨烯通過水合肼與氧化石墨烯反應得到。

2.根據權利要求1所述的具有孔隙結構的二氧化錫/碳/氮摻雜石墨烯復合材料，其特征在于：所述二氧化錫/碳/氮摻雜石墨烯復合材料的尺寸大小為10-15μm。

3.根據權利要求1或2所述的具有孔隙結構的二氧化錫/碳/氮摻雜石墨烯復合材料，其特征在于：所述一維棒狀二氧化錫/碳復合材料的尺寸大小為300-800nm。

4.根據權利要求1或2所述的具有孔隙結構的二氧化錫/碳/氮摻雜石墨烯復合材料，其特征在于：所述超細納米二氧化錫晶粒大小為3-6nm納米，所述二氧化錫球顆粒大小為150-300nm納米。

5.根據權利要求1所述具有孔隙結構的二氧化錫/碳/氮摻雜石墨烯復合材料，其特征在于：復合材料中，碳和氮摻雜石墨烯的總含量為30wt％-50wt％，其中氮摻雜石墨烯為25wt％-40wt％，余量為二氧化錫。

6.根據權利要求1-5任一項所述具有孔隙結構的二氧化錫/碳/氮摻雜石墨烯復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)將有機羧酸和堿分散在溶劑中，加入含亞錫離子Sn²⁺的亞錫鹽在20-100℃的溫度下反應2-6h，經過濾、洗滌、60-80℃干燥后得到具有一維棒狀結構的錫基金屬有機骨架化合物；

(2)將得到的具有一維棒狀結構的錫基金屬有機骨架化合物在100-300℃，升溫速率2-6℃的條件下進行預先熱處理2-5h，使錫基金屬有機骨架化合物進行部分分解同時維持一維棒狀結構，得到中間體，然后將該中間體每0.1-0.3g分散在濃度為1-3mg/mL的氧化石墨水溶液90-120mL中，冷凍干燥；

(3)進一步進行熱處理，在100-200℃密閉條件下，利用水合肼蒸汽還原氧化石墨得到氮摻雜石墨烯，然后在100-200℃開放的空氣中繼續保溫1-3h，得到具有孔隙結構的二氧化錫/碳/氮摻雜石墨烯復合材料。

7.根據權利要求6所述具有孔隙結構的二氧化錫/碳/氮摻雜石墨烯復合材料的制備方法，其特征在于：所述有機羧酸選自芳香羧酸、脂肪羧酸或氮雜環羧酸中的一種或幾種；所述含Sn²⁺的亞錫鹽選自氯化亞錫、硫酸亞錫或檸檬酸亞錫中的一種或幾種。

8.根據權利要求6或7所述具有孔隙結構的二氧化錫/碳/氮摻雜石墨烯的制備方法，其特征在于：所述有機羧酸和亞錫離子Sn²⁺的摩爾比為1:1-2:1；所述溶劑為去離子水和/或乙醇。

9.根據權利要求6所述具有孔隙結構的二氧化錫/碳/氮摻雜石墨烯的制備方法，其特征在于：所述堿為NaOH、KOH、氨水中的一種或幾種，加入堿直至體系pH值為7-8；

所述預先熱處理過程在空氣或氧氣氣氛下進行。

10.權利要求1-5任一項所述具有孔隙結構的二氧化錫/碳/氮摻雜石墨烯復合材料或權利要求6-9任一項所述制備方法所制備得到的具有孔隙結構的二氧化錫/碳/氮摻雜石墨烯復合材料的應用，其特征在于，將所述具有孔隙結構的二氧化錫/碳/氮摻雜石墨烯復合材料應用作為鋰離子電池負極材料。