金属氧化物或其复合材料的制备方法、金属氧化物或其复合材料和应用、电池技术

本发明专利技术公开了一种金属氧化物或其复合材料的制备方法、金属氧化物或其复合材料和应用、电池，涉及纳米材料合成技术领域。金属氧化物或其复合材料的制备方法，包括以下步骤：将金属化合物和任选的其他材料溶于熔融的有机盐中反应，得到固溶物；将固溶物溶解，分离出不溶产物，得到金属氧化物或其复合材料。本发明专利技术采用熔融有机盐作为溶剂，显著降低了反应温度，同时避免硝酸盐等易燃易爆物的使用，也避免了密闭压力容器的使用所产生的安全隐患。本发明专利技术方法操作简便、快速高效、成本低，具有环境友好、安全可靠及低温合成等优点，可宏量制备金属氧化物及其复合纳米功能材料，特别适合于工业上规模化、绿色化合成金属氧化物纳米材料及其复合材料。

Preparation of metal oxides or their composites, metal oxides or their composites and applications, batteries

The invention discloses a preparation method of metal oxides or their composite materials, metal oxides or their composite materials and applications, batteries, and relates to the technical field of nanomaterial synthesis. The preparation method of metal oxides or their composites includes the following steps: dissolving metal compounds and optional other materials in molten organic salts to obtain solid solutions; dissolving solid solutions to separate insoluble products to obtain metal oxides or their composites. The invention uses molten organic salts as solvents, which significantly reduces the reaction temperature, avoids the use of inflammable and explosive materials such as nitrates, and avoids the potential safety hazards caused by the use of sealed pressure vessels. The method has the advantages of simple operation, high speed, high efficiency, low cost, environmental friendliness, safety, reliability and low temperature synthesis, and can prepare metal oxides and their composite nano-functional materials in large quantities, especially suitable for large-scale and green synthesis of metal oxide nanomaterials and composite materials in industry.

【技术实现步骤摘要】
金属氧化物或其复合材料的制备方法、金属氧化物或其复合材料和应用、电池
本专利技术涉及纳米材料合成
，具体而言，涉及一种金属氧化物或其复合材料的制备方法、金属氧化物或其复合材料和应用、电池。
技术介绍
金属氧化物纳米材料由于其独特的尺寸效应，具有优异的物理和化学性质，是开发新型光电、储能、通讯、催化及传感等功能材料的基础材料，在能源、环境、生物医药、信息技术及国防安全等诸多领域中得到了广泛应用。常见的合成金属氧化物纳米材料的方法有水热法、机械球磨、溶胶-凝胶法、气相沉积及高温煅烧法等。然而上述方法往往存在能耗高、对设备要求高、会产生大量废液残渣、合成分离步骤繁琐以及合成产物少等问题，难以实现金属氧化物纳米材料的大量快速合成，难以工业化生产。材料快速、高效且绿色化的合成，是实现纳米材料的产业化应用一个重要前提。熔盐法是一种在较低的反应温度下和较短的反应时间内制备特定组分的各向异性粉体的简便方法。1973年，R.H.Arendt利用熔盐法成功合成了BaFe12O19，之后各国工作者利用熔盐法合成了各种陶瓷材料、粉体材料和碳材料等。该方法使用高温熔融盐如NaCl、KCl或KNO3等，或复合熔融盐如LiCl-KCl、LiNO3-KNO3等作为溶剂，因为熔盐的介质高极性、高粘度等特性使得反应单体在其中的扩散距离短，从而可引入高浓度反应前驱物来大量合成纳米尺度产物。相比于水溶液合成，熔盐介质中的裸离子比水合离子具有更小的斯托克斯半径，反应势垒更低，速率更快。此外，由于熔盐贯穿在生成的纳米材料颗粒之间，阻止颗粒之间的相互连接，因此，合成出的材料无团聚，较小的尺寸致使颗粒的表面能和界面能降低，最终导致熔盐法合成的材料具有特定形貌。然而目前报道的熔盐法仍存在不足之处，由于这些盐在高温下才能熔融，其反应温度一般高达700-1100℃，即使采用复合熔融盐作为介质，其反应温度也往往在350-500℃左右，同时，还需要在高温下投料混匀，操作比较危险，存在安全隐患。此外，以上熔盐法得到的是单一的氧化物纳米材料，导电性较差，限制了其应用领域范围。周军等人报道了一种熔融硝酸盐合成二维金属氧化物方法(NatureCommunications,2017,8,15630)，可以在350℃下快速合成插层金属氧化物，但反应温度依然较高，专利技术专利CN101519191B公开了一种采用水合无机盐做熔融介质。熔融介质盐被熔点更低的水合盐所取代，然而为避免分解并逐渐失去水分子，其反应条件是在密闭容器中合成，这会导致其熔点不断升高。因此，所期望的是提供一种新的合成金属氧化物纳米材料方法，其能够解决上述问题中的至少一个。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种金属氧化物或其复合材料的制备方法，该方法具有大量制备、环境友好、安全可靠、成本低廉及合成条件温和等优点。本专利技术的目的之二在于提供一种金属氧化物或其复合材料，采用上述金属氧化物或其复合材料的制备方法制备得到，制得的金属氧化物或其复合材料的形貌可为微球状、多孔结构或层状结构等。本专利技术的目的之三在于提供一种上述金属氧化物或其复合材料的制备方法或上述金属氧化物或其复合材料在制备光电、储能、通讯、催化或传感材料中的应用。本专利技术的目的之四在于提供一种电池，包括上述金属氧化物或其复合材料。为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种金属氧化物或其复合材料的制备方法，包括以下步骤：将金属化合物和任选的其他材料溶于熔融的有机盐中反应，得到固溶物；分离出固溶物中的不溶产物，得到金属氧化物或其复合材料。优选地，在本专利技术技术方案的基础上，所述金属化合物和所述有机盐的质量比为1:(2-50)，优选为1:(5-20)，进一步优选为1:(10-20)。优选地，在本专利技术技术方案的基础上，将有机盐在60-140℃加热0.5-3小时，得到熔融的有机盐；优选地，加热方式包括水浴加热、油浴加热、烘箱加热、微波加热、高压釜或密闭耐压容器加热中的一种。优选地，在本专利技术技术方案的基础上，金属氧化物复合材料的制备方法包括以下步骤：将金属化合物和其他材料溶于熔融的有机盐中反应，调节pH大于或等于14，得到固溶物，固溶物烧结后分离出固溶物中的不溶产物，或，固溶物分离出固溶物中的不溶产物，得到金属氧化物复合材料；优选地，其他材料包括碳材料、泡沫镍、泡沫铜、银纳米线或铜纳米线中的一种；优选地，烧结温度为500-800℃，烧结时间为1-12h；优选地，升温速率为5-20℃/min；优选地，碳材料包括有机碳材料和/或无机碳材料，优选包括有机小分子化合物、高分子聚合物、碳纳米管、石墨烯、软碳、硬碳、膨胀石墨、碳纤维、富勒烯或介孔碳中的一种或几种；优选地，有机小分子化合物包括葡萄糖、蔗糖、柠檬酸、淀粉、乳糖、糊精或三聚氰胺中的一种或几种；优选地，高分子聚合物包括聚苯胺、聚吡咯、聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯亚胺中的一种或几种。优选地，在本专利技术技术方案的基础上，所述金属化合物包括金属氧化物、金属卤化物、金属含氧酸盐或金属有机盐中的一种或几种；优选地，金属氧化物包括TiO2、金红石TiO2、MnO2、Nb2O5、V2O5、Fe2O3、ZnO、Cr2O3或MoO3中的一种或几种；优选地，金属卤化物包括FeCl2·4H2O、CoCl2·6H2O、NiCl2·6H2O、MnCl2、MoCl6、ZnCl2、CuF2、CoF2、FeF3、CuI或ZnBr2中的一种或几种；优选地，金属含氧酸盐包括Co(NO3)2·6H2O、Ni(NO3)2·6H2O、CoSO4·6H2O、NiSO4·6H2O、MnCO3、钒酸钠、钼酸铵或钨酸钠中的一种或几种；优选地，金属有机盐包括Zn(CH3COO)2、Mn(CH3COO)2、Co(CH3CO)2、Fe(SCN)3、草酸亚铁、草酸钴、草酸锌、乙二胺合钴、丁二酮肟合镍、邻二氮菲合铁或维生素B12中的一种或几种。优选地，在本专利技术技术方案的基础上，所述有机盐包括无水或水合有机盐，优选包括三水合乙酸钠、无水双乙酸钠、四水合酒石酸钾钠、邻苯二甲酸氢钠、柠檬酸钠、乙二胺四乙酸二钠水合物、水杨酸钠、四水合乙酸镁、五水合乙二胺四乙酸镁、八水合乙酰丙酮镁、一水合乙酸钙、五水合乳糖酸钙、DL-谷氨酸钙水合物、二水甘油酸钙、一水合乳糖醛酸钙、四水合柠檬酸钙、四水合柠檬酸锂、乳酸锂、二水合乙酸锂、乙酸钾水合物、柠檬酸钾、邻苯二甲酸氢钾或葡萄糖酸钾中的一种或几种。优选地，在本专利技术技术方案的基础上，反应时间为1-24h；优选地，溶解所用的溶剂包括常温水、50-70℃热水、0.05-0.5M稀醋酸、饱和食盐水或醇类中的一种或几种。优选地，在本专利技术技术方案的基础上，所述方法还包括先分离出不溶产物，再进行洗涤和干燥，得到金属氧化物或其复合材料的步骤；优选地，洗涤包括用醇类溶剂和水交替洗涤3-4次；优选地，所述方法还包括先分离出不溶产物，再将剩余液体重结晶，得到水合有机盐的步骤。第二方面，本专利技术提供了一种金属氧化物或其复合材料，采用上述金属氧化物或其复合材料的制备方法制备得到。第三方面，本专利技术提供了一种上述金属氧化物或其复合材料的制备方法或上述金属氧化物或其复合材料在制备光电、储能、通讯、催化或传感材本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属氧化物或其复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将金属化合物和任选的其他材料溶于熔融的有机盐中反应，得到固溶物；分离出固溶物中的不溶产物，得到金属氧化物或其复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种金属氧化物或其复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将金属化合物和任选的其他材料溶于熔融的有机盐中反应，得到固溶物；分离出固溶物中的不溶产物，得到金属氧化物或其复合材料。2.按照权利要求1所述的金属氧化物或其复合材料的制备方法，其特征在于，所述金属化合物和所述有机盐的质量比为1:(2-50)，优选为1:(5-20)，进一步优选为1:(10-20)。3.按照权利要求1所述的金属氧化物或其复合材料的制备方法，其特征在于，将有机盐在60-140℃加热0.5-3小时，得到熔融的有机盐；优选地，加热方式包括水浴加热、油浴加热、烘箱加热、微波加热、高压釜或密闭耐压容器加热中的一种。4.按照权利要求1所述的金属氧化物或其复合材料的制备方法，其特征在于，金属氧化物复合材料的制备方法包括以下步骤：将金属化合物和其他材料溶于熔融的有机盐中反应，调节pH≥14，得到固溶物，固溶物烧结后分离出固溶物中的不溶产物，或，固溶物分离出固溶物中的不溶产物，得到金属氧化物复合材料；优选地，其他材料包括碳材料、泡沫镍、泡沫铜、银纳米线或铜纳米线中的一种；优选地，烧结温度为500-800℃，烧结时间为1-12h；优选地，升温速率为5-20℃/min；优选地，碳材料包括有机碳材料和/或无机碳材料，优选包括有机小分子化合物、高分子聚合物、碳纳米管、石墨烯、软碳、硬碳、膨胀石墨、碳纤维、富勒烯或介孔碳中的一种或几种；优选地，有机小分子化合物包括葡萄糖、蔗糖、柠檬酸、淀粉、乳糖、糊精或三聚氰胺中的一种或几种；优选地，高分子聚合物包括聚苯胺、聚吡咯、聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯亚胺中的一种或几种。5.按照权利要求1-4任一项所述的金属氧化物或其复合材料的制备方法，其特征在于，所述金属化合物包括金属氧化物、金属卤化物、金属含氧酸盐或金属有机盐中的一种或几种；优选地，金属氧化物包括TiO2、金红石TiO2、MnO2、Nb2O5、V2O5、Fe2O3、ZnO、Cr2O3或MoO3中的一种或几种；优选地，金属卤化物包括FeCl2·4H2O、CoCl2·6...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐永炳，雷新，张帆，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44