[發明專利]離子液體中制備的空心納米核殼結構化合物及其制備方法

在審

• 申請號: 202011017301.7
• 申請日: 2020-09-24
• 公開（公告）號: CN112117448A
• 公開（公告）日: 2020-12-22
• 發明（設計）人: 毛小林;王興浦;羅錫友
• 申請（專利權）人: 毛小林
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/52;H01M4/58;H01M10/0525;B82Y30/00;B82Y40/00;H01G11/24;H01G11/26;H01G11/30;H01G11/46
• 代理公司: 北京中譽威圣知識產權代理有限公司 11279
• 代理人: 王芊雨

本發明涉及在低共熔離子液體中制備空心核殼結構金屬化合物,所述化合物包括金屬化合物構成的核體，以及包覆核體的金屬化合物的殼層，所述化合物包括但不限于金屬氧化物、金屬硫化物、金屬硒化物、金屬磷化物、金屬銻化物、金屬氟化物。本發明過渡金屬化合物前驅體，在高溫下分解，釋放出氣體在結構中形成空位，熔融狀態下的金屬鹽嵌入到空位中形成離子插層，得到具有均勻多孔的結構的過渡金屬化合物；以具有均勻多孔的結構的過渡金屬化合物為基礎，通過氧化反應或者熔融鹽法，在其表面包覆過渡金屬化合物，進一步提高了材料的電化學性能；制備工藝簡單，無環境污染，由于產品在高溫下合成，結晶度高，晶體結構規整。

技術領域

本發明屬于材料技術領域，涉及一種在低共熔離子體中制備納米級空心結構金屬化合物方法，該方法制備的金屬化合物可用作超級電容器、鋰離子電池、鈉離子電池、鋅離子電池中的電極材料、以及電催化方面催化甲醇、ORR、OER、催化水合肼。

背景技術

能源是人類社會賴以生存的物質基礎，隨著社會的經濟的發展，我們發現我們越來越離不開能源。社會極度依賴能源，化石能源的大量消耗，產生了嚴重的環境問題，也面臨著百年內全球化石能源儲量終將枯竭的問題。在我國廣袤的土地上有很多的能源，但是石油以及化石能源開采是有限的而且這些能源是不可再生的。而且在石油的使用過程當中會產生許多的廢氣和可吸入顆粒物這不僅對大氣污染導致生態系統的破壞，還會直接損害人體健康。能源和環境問題已經成為制約各國經濟持續發展的重要因素。因此開發新能源成為了現今當代人的一個重要的使命。

超級電容器是介于傳統電容器和充電電池之間的一種新型儲能裝置，其容量可達幾百至上千法。與傳統電容器相比，它具有較大的容量、比能量或能力密度，較寬的工作溫度范圍和極長的使用壽命；而與蓄電池相比，它又具有較高的比功率，且對環境無污染。

發明內容

本發明的目的是提供一種在低共熔離子液體中制備空心納米級核殼結構金屬化合物，解決了常用方法制備空心核殼結構納米顆粒工藝繁瑣、成本高、比表面積小等問題。

為了實現上述目的，本發明涉及在低共熔離子液體中制備空心核殼結構金屬化合物,所述化合物包括金屬化合物構成的核體，以及包覆核體的金屬化合物的殼層，所述金屬化合物包括但不限于通過在低共熔離子液體中制備的碳化物、氧化物、硒化物、銻化物、氮化物、氧化物、磷化物。

本發明涉及的一種方案，低共熔離子液體中制備空心核殼結構金屬化合物，具體包括以下步驟：

(1)核體金屬化合物的制備:將低共熔溶劑加熱到一定溫度，再迅速的加入金屬鹽以及所需的表面活性劑，再進行高溫煅燒一段時間后，冷卻后，洗滌，得到納米金屬化合物。

(2)殼層金屬化合物的制備：通過將步驟(1)所得的核體金屬化合物，在低共熔離子液體中發生置換反應或者氧化還原反應。將得到核殼結構金屬化物進行離心洗滌干燥。

或(2`)殼層金屬化合物的制備：將步驟(1)所得的核體金屬化合物加入到低共熔離子液體中，再進行一定的高溫處理后，冷卻，離心干燥得到空心核殼結構金屬化合物。

所述的步驟(1)、(2)、(2`)中的反應溫度大于低共熔溶劑的熔點以及金屬鹽的熔點。

進一步地，在步驟(1)、(2)、(2`)的原料中加入表面活性劑，表面活性劑與金屬鹽和低共熔溶劑在一定的溫度下反應形成核金屬化合物。