[發明專利]一種碳包覆硼摻雜二氧化硅納米材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201710883551.0
• 申請日: 2017-09-26
• 公開（公告）號: CN107601516B
• 公開（公告）日: 2019-09-06
• 發明（設計）人: 周環波;聶航;梁娟;黃光艷;劉亞林;趙雙琪;鄧幫君;李必慧;楊海平;賀崢嶸
• 申請（專利權）人: 湖北工程學院
• 主分類號: C01B33/187
• 分類號: C01B33/187;C01B32/05;B82Y30/00;B82Y40/00;C01B32/162;C01B32/159;H01M4/36;H01M4/38;H01M4/587;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 北京輕創知識產權代理有限公司 11212
• 代理人: 楊立;李蕾

本發明提供一種碳包覆硼摻雜二氧化硅納米材料及其制備方法，其中制備方法包括如下步驟：A、向硅酸鹽和四硼酸鹽混合溶液中滴加無機酸，控制pH值，反應后靜置，得到硼酸摻雜硅酸溶膠，干燥等處理得硼硅酸凝膠粉末；B、將A步的凝膠粉末與糖類水溶液混合，攪拌后干燥，得到包覆有糖的硼硅酸凝膠粉末混合物；C、將B步驟的粉末混合物加入到濃硫酸中，反應得混合物；D、將C步的混合物緩慢加入到蒸餾水中，攪拌并過濾，過濾物用蒸餾水洗滌后，干燥，即得。優點為：顆粒粒徑均一；顆粒粒徑、硼的摻雜量、碳的包覆含量等易于控制；可廣泛地應用于催化劑、儲能材料、有機合成、精細品化工添加劑等領域；工藝簡單、成本低，易于規模化生產。

技術領域

本發明涉及碳納米管合成用催化劑、鋰離子電池負極材料、電化學催化劑和有機合成等領域，具體涉及一種碳包覆硼摻雜二氧化硅納米材料及其制備方法。

背景技術

納米二氧化硅具有顆粒尺寸小、微孔多、比表面積大、表面羥基含量高、紫外線、可見光及紅外線反射能力強等特點。納米二氧化硅添加到聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)等塑料原料中，可大幅提高塑料制品的強度、韌性、耐磨性和抗老化性。在鐵焦粉體中添加以納米二氧化硅為主的復合粉體進行改性，產品主要性能達到現有同類產品的最高水平，納米二氧化硅還可廣泛地應用于碳納米管材料合成催化劑載體、鋰離子電池負極材料、陶瓷、石膏、化妝品、玻璃鋼、化纖、有機玻璃、環保等諸多領域。

納米二氧化硅具有眾多的優良特性和廣泛的應用前景，但單純的納米二氧化硅或硅酸作為氣相化學沉積合成用催化劑、電化學催化劑、有機合成催化劑或者精細化工產品的添加劑或催化劑載體，其性能受到一定的限制或者性能不佳，或者催化劑選擇性差等缺陷。例如合成碳納米管的催化劑通常都是負載貴金屬、稀有金屬或者金屬氧化物的二氧化硅、二元金屬三元金屬氧化物復合催化劑材料，體系繁多。常見的合成碳納米管催化劑有NiO-SiO₂體系、MnO-SiO₂體系、Fe-Mo-Al₂O₃、Co-Mo-Al₂O₃體系、Ni-Co-二茂鐵、二茂鐵-二甲亞砜、二茂鐵催化劑、W-Fe-MgO、W-Co-MgO、Mo-Fe-MgO、Mo-Co-MgO、CeO₂-Ni-MgO、二元金屬氧化物體系如Ni_0.5Mg_1.5O、MgO-Fe基、AB_yOz(其中A＝W，B＝V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Rh、Ru、Pd、Pt、Au、Ag、Re、Os、Ir)、Cu-Cr-O、Ho-Ni以及Gd-Ni₂合金、Er-Ni、Y-Ni催化劑等。這些催化劑的合成一般采用固相法合成或者液相-固相合成相結合的技術合成，相對技術難度較大。到目前為止，適用于合成碳納米管的單純的非金屬催化劑，基本未見報導。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種碳包覆硼摻雜二氧化硅納米材料及其制備方法，旨在提供一種可有效用作碳納米管合成的催化劑、電化學催化劑、有機合成催化劑和鋰離子電池負極材料等方面的納米材料。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：一種碳包覆硼摻雜二氧化硅納米材料的制備方法，其包括如下步驟：

A、在室溫、攪拌條件下，向硅酸鹽和四硼酸鹽的混合溶液中滴加無機酸，控制反應體系的pH值為2.5～4.5，反應15～55分鐘，靜置15～90分鐘，得到透明的或半透明的硼酸摻雜硅酸溶膠，在55～105℃條件下干燥1～6小時，研磨，用蒸餾水洗至洗出液pH為6.8～7.2，在55～105℃條件下干燥0.5～3小時，即得到透明或者半透明硼酸摻雜的硅酸凝膠粉末；

B、將A步驟得到的硼酸摻雜的硅酸凝膠粉末與糖類物質的水溶液混合，其中糖類物質為硼酸摻雜的硅酸凝膠質量的0.5～3％，攪拌15～90分鐘，在85℃條件下干燥至恒重，即得到包覆糖類物質的硼硅酸凝膠粉末混合物；