[發(fā)明專(zhuān)利]核殼結(jié)構(gòu)的過(guò)渡金屬氧化物@碳復(fù)合納米材料的制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911157187.5
• 申請(qǐng)日: 2019-11-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112838209A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-05-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 夏暉;李曉舟;徐璟
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/52
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/52;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專(zhuān)利中心 32203
• 代理人: 鄒偉紅

本發(fā)明公開(kāi)了一種核殼結(jié)構(gòu)的過(guò)渡金屬氧化物@碳復(fù)合納米材料的制備方法，將過(guò)渡金屬鹽和碳源以一定比例溶解于去離子水中，通過(guò)調(diào)節(jié)過(guò)渡金屬鹽和碳源的比例，控制水熱反應(yīng)溫度、水熱反應(yīng)時(shí)間、退火處理溫度控制水熱反應(yīng)時(shí)間一步法制得前驅(qū)體，進(jìn)一步退火處理得到無(wú)定形碳層包覆的過(guò)渡金屬氧化物納米顆粒。本發(fā)明采用無(wú)模板法制備得到核殼結(jié)構(gòu)的過(guò)渡金屬氧化物@碳復(fù)合納米材料，兩層孔隙率大，制備工藝簡(jiǎn)潔，生產(chǎn)成本低，且電化學(xué)性能優(yōu)異。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電極材料制備領(lǐng)域，涉及一種TMO_x@C納米復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)

TMOs(過(guò)渡金屬氧化物)作為鋰離子電池的負(fù)極材料最早由Poizot等人在2000年提出，由于其成本低，環(huán)境友好，理論容量高，工作電壓平臺(tái)低，引起了國(guó)內(nèi)外研究者的關(guān)注。然而，其作為鋰離子電池負(fù)極材料導(dǎo)電性差以及嵌鋰/脫鋰過(guò)程中體積變化大，導(dǎo)致電池容量衰減快，倍率性能差。過(guò)渡金屬氧化物與碳材料的復(fù)合是提高嵌鋰/脫鋰過(guò)程中的導(dǎo)電性和緩解電極粉碎的有效方法。

目前關(guān)于TMOs@C復(fù)合材料的制備主要有兩個(gè)大方向。一是將TMOs與碳材料(例如石墨烯，氧化還原石墨烯，碳納米管等)通過(guò)攪拌或者超聲等方法進(jìn)行復(fù)合。二是通過(guò)表面碳包覆實(shí)現(xiàn)復(fù)合，實(shí)現(xiàn)方法有通過(guò)磁控濺射進(jìn)行表面鍍膜，通過(guò)多巴胺或者葡萄糖等有機(jī)物進(jìn)行包碳等等。這些方法的共同之處在于都是在完成了材料的制備之后再進(jìn)行碳的復(fù)合，且涉及的合成設(shè)備和制作工藝復(fù)雜、合成原料受限，成本較高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種無(wú)模板的一步制備過(guò)渡金屬氧化物@碳復(fù)合納米材料的方法，該方法采用低成本原料，通過(guò)水熱法得到前驅(qū)體，再高溫?zé)崽幚硖蓟蟮玫匠叽缇鶆蚩煽氐倪^(guò)渡金屬氧化物@碳復(fù)合納米材料。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種過(guò)渡金屬氧化物@碳復(fù)合納米材料的制備方法，具體步驟如下：

(1)將過(guò)渡金屬鹽、碳源溶于去離子水中，攪拌混合均勻后，進(jìn)行水熱反應(yīng)，水熱溫度為180℃，水熱時(shí)間為6～12h；

(2)離心清洗，干燥后得到前驅(qū)體；

(3)惰性氣體保護(hù)下，于450～550℃下熱處理2h，反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，得到在微米/納米結(jié)構(gòu)無(wú)定形碳基體中均勻分布的過(guò)渡金屬氧化物@碳復(fù)合納米材料(TMO_x@C)。

較佳的，所述的過(guò)渡金屬鹽選自氯化鐵。

較佳的，過(guò)渡金屬鹽與碳源的摩爾比為40:10。

較佳的，所述的碳源為葡萄糖。

較佳的，步驟(2)中，干燥溫度為80℃，干燥時(shí)間為12h。

較佳的，步驟(3)中，升溫速率為2℃/min。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過(guò)工藝簡(jiǎn)單、低成本的水熱法，首先得到含碳元素的有機(jī)前驅(qū)體，再經(jīng)過(guò)高溫?zé)Y(jié)碳化即可得到過(guò)渡金屬氧化物@碳復(fù)合納米材料。該一步水熱法自組裝合成法制備的過(guò)渡金屬氧化物@碳復(fù)合納米材料可通過(guò)水熱溫度，實(shí)現(xiàn)對(duì)納米顆粒形狀和粒徑、孔徑的有效調(diào)控。本發(fā)明方法制備的過(guò)渡金屬氧化物@碳復(fù)合納米材料應(yīng)用于電池的電極材料中，電子電導(dǎo)率和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性得到大力改善，可有效提高電池的循環(huán)壽命，有望應(yīng)用在電化學(xué)催化、能源轉(zhuǎn)換及儲(chǔ)能等領(lǐng)域。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施例1制備的Fe₂O₃@C納米空心球的XRD圖譜。

圖2為實(shí)施例1制備的Fe₂O₃@C納米空心球的SEM圖譜。

圖3為實(shí)施例1制備的Fe₂O₃@C納米空心球TEM圖譜。