[發明專利]一種二氧化錳/氧化錳/碳復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202010097420.1
• 申請日: 2020-02-17
• 公開（公告）號: CN111302399A
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發明（設計）人: 徐旭耀;陳芳;范旭良;孔令利;劉光泳;胡憶蓉;黃麗娟;歐俊文;袁斌斌;黃韻娜
• 申請（專利權）人: 嶺南師范學院
• 主分類號: C01G45/02
• 分類號: C01G45/02;C01B32/05;H01M4/36;H01M4/505;H01M4/583;H01M4/62
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 劉瑤云;陳偉斌

本發明公開了一種二氧化錳/氧化錳/碳復合材料及其制備方法，所述的復合材料為包覆結構，其中里層材料為二氧化錳材料，外層材料為氧化錳/碳材料。本發明通過控制二氧化錳、高錳酸鉀和碳源物質的量之比以及反應溫度時間，得到二氧化錳/氧化錳/碳復合材料，復合材料具有包覆結構，氧化錳/碳復合材料作為外層材料，里層材料是未還原的二氧化錳，為正四價，外層的氧化錳材料是正二價，復合材料錳元素具有混合價態。本發明制備方法簡便，易于快速大量制備；采用微乳液法制得二氧化錳，尺寸均勻，比表面積較大。

技術領域

本發明涉及納米復合材料技術領域，更具體地，涉及一種二氧化錳/氧化錳/碳復合材料及其制備方法。

背景技術

錳的氧化物和氫氧化物是一類重要的功能材料，在電池的正極材料、離子交換劑、催化劑、脫硫和除去水中可溶性鐵、錳等領域有著廣泛的應用。近年來的研究表明，各種合成及天然的錳的氧化物和氫氧化物均具有很強的吸附去除能力，另外它們還具有孔道效應、催化效應、氧化還原效應以及納米效應等。因此，作為一類有重要應用前景的新型環境材料引起了人們的關注和強烈的研究興趣。

隨著現代社會的快速發展，單一材料本身的局限性已經不能滿足當代的需求，在實際應用時通常采用二元或三元的納米復合材料體系，使得各種材料在性能上互補，產生協同效應，得到具有優越的綜合性能的復合材料。但現有技術制備過程中存在反應溫度高、反應周期長、步驟繁瑣，所得產物中元素價態單一。

混合價態氧化錳與碳復合材料，由于錳元素的多種價態，不同價態的氧化物其晶型、結晶度、晶胞等參數往往不同，含混合價態的過渡金屬氧化物，在一定程度上比只有一種價態的過渡金屬氧化物的導電性要高，且性能有所提升。

碳材料具有良好的導電性、化學穩定性、機械應力等，可以在一定程度上提高復合材料的導電性能以及力學性能等，但是目前混合價態的氧化錳與碳復合材料的研究還比較少。

常見的混合價態氧化物的合成方法一般采用兩步法，即先合成一種價態的氧化物，再合成另一種價態的氧化物。如果再與碳材料形成復合，則所需的實驗步驟更多，操作更加復雜繁瑣。常規得到混合價態的氧化物的方法是通過鍛燒，在某個溫度范圍內可實現某些氧化物的混合價態，然而高溫處理對產物的形貌和穩定性影響較大。并且現有技術為了實現混合價態氧化物，通常忽略了尺寸上的優化。混合價態氧化物與碳復合材料更難制備，原因在于碳材料會還原氧化物成單一價態。因此，采用一種新的制備方法來合成混合價態氧化物與碳復合材料是比較有難度和挑戰的。

中國專利CN201610524986.1公開了錳氧化物表面包覆石墨的復合材料及其制備方法，將錳氧化物粉末、碳源和水混合均勻，在無氧條件下，300℃～500℃恒溫條件下，對所述混合物加熱并用電磁波照射，得到復合材料的粉體。但所制備的復合材料中的錳元素只有單一價態，外層材料是單一的碳材料，高溫處理會對產物的形貌和穩定性產生影響。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有技術制備復合材料中錳元素價態單一的缺陷和不足，提供一種二氧化錳/氧化錳/碳復合材料，該復合材料錳元素具有多價態。

本發明的另一目的在于提供一種二氧化錳/氧化錳/碳復合材料的制備方法。

本發明上述目的通過以下技術方案實現：

一種二氧化錳/氧化錳/碳復合材料具有包覆結構，這一結構有利于保持復合材料的整體穩定和維持一定的剛性，結構不容易被破壞。所述的復合材料中錳元素具有混合價態，含混合價態的過渡金屬氧化物，在一定程度上比只有一種價態的過渡金屬氧化物的導電性要高，且性能有所提升，即具有協同作用。

優選地，所述復合材料為包覆結構，其中里層材料為二氧化錳材料，外層材料為氧化錳/碳材料。

本發明還保護上述二氧化錳/氧化錳/碳復合材料的制備方法，所述的制備方法包括如下步驟：