[發明專利]一種碳-氧化物復合載體納米材料、其合成方法與應用

有效

• 申請號: 202110075096.8
• 申請日: 2021-01-20
• 公開（公告）號: CN112928290B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發明（設計）人: 梁海偉;沈善成
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: H01M4/92
• 分類號: H01M4/92;B82Y30/00
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 劉穎

本發明提供了一種碳?氧化物復合載體納米材料、其合成方法與應用，該方法包括以下步驟：S1、以環糊精或其衍生物為主要碳源，與可溶性金屬鹽、有機造孔劑混合包合，得到混合物；S2、將所述混合物進行高溫熱解，得到碳?氧化物復合載體納米材料。本申請所制備的碳?氧化物復合載體納米材料中，氧化物顆粒分散性好，顆粒較小。在此基礎上，本申請制備的碳?氧化物復合載體納米材料液相還原負載Pt后，具有較好的電催化活性，使其能作為甲醇燃料電池的負極材料。電化學C?V、ECSA、I?T曲線測試表明，所述的催化劑具有較好的活性和穩定性。此外，本申請制備該碳?氧化物復合納米材料的原料常見易得，且反應條件較為溫和，適用性較廣。

技術領域

本發明屬于納米材料技術領域，尤其涉及一種碳-氧化物復合載體納米材料、其合成方法與應用。

背景技術

碳-氧化物復合載體材料由于具有優異的化學穩定性、熱穩定性與良好的導電性等性能，廣泛應用于許多科學技術領域，包括水的凈化、催化、分離、氣體傳感、采集、產氫、儲能(燃料電池、超級電容器)等方面。通常，碳-氧化物復合載體材料合成是對有機前驅體的直接碳化。研究表明，有機前驅體和金屬鹽前驅體的化學性質影響到最終碳材料的結構、性質和性能。碳-氧化物材料有特征的結構性質，比如，從無定型的碳到完全有序的石墨晶體結構，它們的物理性質如介觀有序、比表面積、孔體積與石墨化程度，以及碳前驅體的官能團都會影響它們的電化學性能。同時，對于含雜原子的前驅體，N、S或O等的摻雜對碳材料的導電性、堿性和氧化穩定性有影響，而氧化物的引入造成反應的活化能、反應途徑發生改變，甚至在穩定貴金屬方面都具有顯著地效果。因此，將碳材料與氧化物材料的優勢合二為一設計出新的復合物材料，具有極大的應用前景。

目前，合成碳-氧化物復合材料的方法主要有：靜電紡絲法、化學沉積法(CVD)、機械球磨法、熱及金屬有機框架材料法(MOFs)。其中，靜電紡絲法是通過混合PVP等聚合物、有機碳源和金屬鹽前驅體，在電場中拉絲，空氣熱解形成碳-氧化物復合一維材料。但是，上述合成過程中也有一些弊端，如氧化物顆粒形成后的分散性不好，不利于負載應用。

發明內容

本發明解決的技術問題在于提供一種新的碳-氧化物復合載體納米材料、其合成方法與應用，本發明合成的碳-氧化物復合納米材料中氧化物顆粒分散均勻，作為載體負載活性組分后應用具有優異的穩定性。

本發明提供一種碳-氧化物復合載體納米材料的合成方法，包括以下步驟：

S1、以環糊精或其衍生物為主要碳源，與可溶性金屬鹽、有機造孔劑混合包合，得到混合物；

S2、將所述混合物進行高溫熱解，得到碳-氧化物復合載體納米材料。

優選地，所述步驟S1具體包括：將環糊精或其衍生物、可溶性金屬鹽、有機造孔劑與溶劑混合，在一定溫度下加熱一段時間，之后常溫自然揮發去除溶劑，得到混合物。

優選地，所述步驟S1中，所述環糊精或其衍生物選自α-CD、β-CD、γ-CD、羥丙基-β-CD、羥丁基-β-CD、氯丙醇-β-CD、甲基-β-CD、乙基-β-CD、氨基-β-CD、6-麥芽糖基-β-CD和羥丙基-γ-CD中的一種或多種；優選為α-CD或β-CD。

優選地，所述步驟S1中，所述可溶性金屬鹽選自Ce(NO₃)₄·6H₂O、Al(NO₃)₃·9H₂O、Zr(NO₃)₄·5H₂O、TiCl₄和NbCl₅中的一種或多種；所述有機造孔劑選自F127、P123、L64和SBS中的一種或多種。

優選地，所述步驟S1中，所述溶劑為乙醇-水溶劑；所述加熱的溫度為60-80℃。