[發明專利]一種低溫快速制備復合金屬氧化物納米薄膜材料的方法

有效

• 申請號: 202010047010.6
• 申請日: 2020-01-16
• 公開（公告）號: CN111172743B
• 公開（公告）日: 2021-10-19
• 發明（設計）人: 顧伊杰;吳進明;張怡瑋
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: D06M11/48
• 分類號: D06M11/48;D06M11/49;D06M11/42;D06M11/44;C23C18/12;D06M101/40
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 萬尾甜;韓介梅

本發明公開了一種低溫快速制備復合金屬氧化物納米薄膜材料的方法，主要步驟包括：使低熔點鹽呈熔融狀態，熔融后添加襯底于容器中，反應特定時間；再添加兩種金屬源，反應預定時間；取出襯底冷卻至室溫，清洗、干燥后獲得復合金屬氧化物納米薄膜材料；其中，低熔點鹽和金屬源的總質量比為200～1:1。本發明方法制備的多種納米形貌的復合金屬氧化物納米薄膜材料，其形貌可通過低熔點鹽與金屬源的種類和比例調控。制得的納米薄膜材料可直接作為電極使用，在儲能、催化、磁性材料、脫硫或空氣凈化材料等能源與環境領域獲得應用，且生產過程無需大型專用設備，易于實現工業化生產。

技術領域

本發明屬于薄膜材料的制備技術領域，具體涉及一種低溫快速制備多種復合金屬氧化物納米薄膜材料的方法。

背景技術

能源危機和環境污染是目前全球最為關注的兩大主題。復合金屬氧化物因其具有多變的價態、較好的穩定性、較強的氧化還原活性和元素組成多樣可選等優點，在能量存儲、環境催化降解、水質分離、氣體/液體傳感器等領域有著巨大的應用前景。納米材料因其具有納米尺寸效應，即當其尺寸處于納米級別時，展現出與大尺寸材料不同且更加優異的性能，被廣泛研究。因此，納米級尺寸的復合金屬氧化物材料，兼具優異功能性和納米尺寸效應，具有深遠的研究潛力。另一方面，在具體應用于能源領域或環境領域時，納米材料通常需要被制作成器件使用。而納米薄膜材料相比于納米粉末材料，具有無需分離及收集步驟、可以多種方式原位生長、無需粘結劑、無需導電劑、無需添加劑等優點，制備得到的薄膜即可實現自支撐，有效減小了產品生產成本及工序，大大提升了生產效率，從而促進產業發展。

目前，復合金屬氧化物納米粉末的制備方法主要有多步濕化學結合煅燒法、球磨法、高溫燒結法、多步靜電紡絲結合煅燒法等，已報道的上述方法均需要分多步進行；同時，操作過程通常需要700-1100℃的高溫，不僅增加了生產成本、時間，而且存在著巨大的安全隱患，不利于產業化。而極具優勢的復合金屬氧化物納米薄膜材料的制備，因一直存在技術難題，鮮有報道。

例如專利CN 109437341 A公開了一種金屬氧化物或其復合材料的制備方法，該制備過程需要首先將基底溶于有機鹽介質中，得到固溶物，再將固溶物分離出不溶產物，進行500-800℃煅燒，得到的是金屬氧化物或其復合材料的粉末。該合成過程需分多步進行，溫度較高，通常如此類的濕化學法結合高溫煅燒的工藝，如專利CN 105576235 A、CN109888243 A、CN 109950486 A等，都需至少三步及以上的過程，且必須經過相對于本發明來說的高溫，產物為粉末，生產周期長、可控性差、成本高，難以實現產業化。又例如專利CN103877989 A公布了一種改性鈷錳二元金屬氧化物催化劑粉末，由第一步進行高溫煅燒，第二步進行濕化學合成，第三步再進行高溫煅燒制備得到。過程中使用多種原料，成本昂貴，過程復雜，同樣不利于實現產業化。特別地，該過程只適用于鈷錳二元金屬氧化物粉末。再如專利CN 108242539 A公布了一種錳鉻二元金屬氧化物儲能材料的制備方法，產物為粉末。該方法采用共沉淀法混合原料，經過0.5-2天的老化，再在特定氣氛下高溫煅燒，最后還需經過碾磨過篩，才能最終得到產物。類似的化學沉淀法是目前工業生產金屬氧化物最常用的方法之一，但不難看出，這樣的生產過程步驟繁瑣，且產生大量廢液、需要高溫，共沉淀條件難以控制，對環境污染嚴重且成本不菲。相比上述制備技術，熔鹽法中介質的高極性、高粘度使得反應物在其中具有較短的擴散距離，從而可以通過引入高濃度的前驅體大規模合成納米尺度粉末。例如專利CN 106629613 A公布了一種熔鹽法制備離子插層型二維材料粉末的方法，通過熔鹽法制備得到的離子插層型二維材料是以陽離子或陰離子、水分子插在片層中間，從而形成的納米粉末。但通過該方法難以制備二元金屬氧化物、復合金屬氧化物，也無法直接得到薄膜材料，需要額外進行涂敷步驟，才能使得到的粉末作為功能材料使用。又如專利CN 107697888 A公布了一種金屬氧化物或復合金屬氧化物的制備方法。該方法采用熔鹽法制備得到的是納米粉末材料，在制備過程中需要添加分散體載體和模板劑才能制備得到金屬氧化物或復合金屬氧化物，制備過程步驟多，溫度高、時間長，亦無法產生復合金屬氧化物或納米薄膜材料。

發明內容