[發明專利]空心炭納米球限域錫納米簇復合材料的制備方法及應用

有效

• 申請號: 202110050274.1
• 申請日: 2021-01-14
• 公開（公告）號: CN112794305B
• 公開（公告）日: 2022-10-21
• 發明（設計）人: 徐飛;曲昌鎮;邱玉倩;丁百川;王洪強
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: C01B32/05
• 分類號: C01B32/05;B22F9/20;B22F1/054;B82Y40/00;B82Y30/00;H01M4/36;H01M4/38;H01M4/587;H01M4/62;H01M10/054
• 代理公司: 西安銘澤知識產權代理事務所(普通合伙) 61223
• 代理人: 梁靜

本發明提供了一種空心炭納米球限域錫納米簇復合材料的制備方法，屬于新材料技術領域技術領域。包括以下步驟：S1、將氯化亞錫二水合物和硫脲均勻分散于水溶劑中，得到二氧化錫溶膠；S2、將反應單體、表面活性劑、以及S1制得的二氧化錫溶膠均勻分散于水溶劑中，在0℃條件下，并在引發劑的作用下進行聚合反應，制得空心聚合物負載二氧化錫前驅體；S3、在惰性氣體或氮氣氣氛中，將前驅體進行碳化處理，即得空心炭納米球限域錫納米簇復合材料。本發明通過膠束界面聚合技術成功地將超細錫納米簇限域到空心炭納米球壁中，具有步驟簡便、負載的納米錫顆粒細小且均勻以及環境友好等優點。

技術領域

本發明屬于新材料技術領域，具體涉及一種空心炭納米球限域錫納米簇復合材料的制備方法與應用。

背景技術

金屬功能顆粒復合的多孔炭材料，特別是金屬顆粒修飾空心炭納米球復合材料，是一類重要的多孔炭基材料，可實現功能金屬顆粒、空腔以及多孔炭殼層結構的協同效應，在催化、能量存儲/轉換、氣體儲存、吸附分離、藥物緩釋等領域具有潛在的應用前景。其中，構筑超細金屬顆粒并高度分散于炭載體中，有望最大化地提高金屬原子的利用率；同時，納米孔限域效應也能有效地穩定高活性的超細金屬顆粒，進而為性能的突破提供機會。因此，近年來設計制備超細金屬顆粒修飾空心炭納米球成為當前材料領域的研究熱點。

迄今為止，超細尺寸金屬(如納米簇、原子簇、單原子等)修飾的空心炭納米球的制備通常采用模板法構筑空腔結構，并進一步后修飾來實現金屬顆粒的負載。然而，模板-后修飾法普遍存在以下難以克服的弊端：模板構筑空腔涉及多次包覆，需要解決界面相容性問題；模板的去除步驟繁瑣，降低了反應的“原子經濟性”，甚至可能會污染環境(如用氫氟酸刻蝕二氧化硅硬模板)；此外，后修飾負載不僅增加了制備步驟，而且所制備的顆粒尺寸較大且分布不均，需要特殊的界面相互作用來錨定金屬顆粒以防止其團聚與燒結。因此，開發一種制備新型超細尺寸金屬負載空心炭球復合材料的新方法是目前亟待探索的關鍵問題。

發明內容

本發明的目的在于針對上述現有技術存在的不足，提供了一種空心炭納米球限域錫納米簇復合材料的制備方法及其應用，在一步水溶液界面聚合過程中原位引入二氧化錫溶膠，獲得空心聚合物負載二氧化錫前驅體材料，進一步碳化處理，實現了二氧化錫原位炭熱還原成錫，并借助內部動力逐漸熔入產生的微孔炭殼層內，簡單方便地實現了空心炭納米球限域錫納米簇的制備。

本發明第一個目的是提供一種空心炭納米球限域錫納米簇復合材料的制備方法，包括以下步驟：

S1、將氯化亞錫二水合物和硫脲均勻分散于水溶劑中，得到二氧化錫溶膠；

S2、將有機單體、表面活性劑、以及S1制得的二氧化錫溶膠均勻分散于水溶劑中，在引發劑的作用下，于0℃條件下聚合反應6～24h，制得空心聚合物負載二氧化錫前驅體；

S3、在惰性氣體或氮氣氣氛中，將S2制得的空心聚合物負載二氧化錫前驅體在650-900℃的碳化溫度下進行碳化處理，即得空心炭納米球限域錫納米簇復合材料。

優選的，所述氯化亞錫二水合物與硫脲的反應質量比為1：3。

優選的，所述有機單體包括體積比為1～2：1的苯胺和吡咯，所述有機單體與所述二氧化錫溶膠的體積比為0.87：0.5～5。

優選的，所述表面活性劑為TritonX-100，所述二氧化錫溶膠與所述表面活性劑的用量比為8.3-83.3mL：1g。

優選的，所述引發劑為過硫酸銨，其加入前預先配制成水溶液，且進行低溫預冷。

更優選的，所述低溫預冷的條件是水溶液分散均勻后于0℃靜置0.5h。

優選的，S2中，聚合反應完成后的后處理過程具體如下：

反應結束后，通過減壓抽濾收集產物，用水溶劑洗滌產物至濾液pH接近中性，隨后在60℃條件下干燥，得到所述空心炭限域錫前驅體。