[发明专利]一种制备海绵状多孔硅材料的方法

说明书

 技术领域

本发明涉及用于化学电池、传感器、触媒等领域材料的制备方法，尤其涉及一种制备海绵状多孔硅材料的方法。 

背景技术

硅元素是地壳组成物的主要元素，大量而分布广泛的存在于大自然中, 是一种与环境友好的元素。由于硅的化学特性，自然界中不以元素状态存在而以各式各样的硅酸盐形式融合于岩石中。工业上硅的氧化物广泛的用于建材、陶瓷、玻璃与电子用品中, 将硅的氧化物还原成多晶硅, 提纯后的高纯多晶硅是光伏与半导体产业最重要的原料。

由于硅的化学与电子特性, 以硅作为二次电池阳极为例子，其可以有极高的理论能量密度(4000 mAh/g), 但作为锂离子电池阳极时，由于离子插入时会产生极大的体积变化, 如图1所示的，容易破坏电极结构而减低循环密度与电极寿命。如果能够将硅制造成海绵状多孔硅, 其多孔性吸收了体积变化的应力，可以解决电极结构不稳定问题。但现有技术中尚未出现海绵状多孔硅材料的生产方式。

海绵状多孔硅材料除了有作为锂离子电池阳潜力外, 多孔硅材料由於其独特物质特性, 亦具备作为特殊传感器或触媒材料的潜力, 因此，现有技术对于海绵状多孔硅材料的生产方式与应用还有待于更进一步的改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种制备海绵状多孔硅材料的方法，旨在制备海绵状多孔硅材料，为能源、半导体、传感器等产业提供优良的基础材料。

本发明的技术方案如下：

一种制备海绵状多孔硅材料的方法，其包括以下步骤：

A、纯化硅藻土步骤：将硅藻土用酸充分浸泡除去其中的水溶性杂质，将酸化后的硅藻土与硫酸铵充分混合后在空气中充分煅烧，将煅烧后的硅藻土经过去离子水过滤除杂，烘干后得到纯化硅藻土；

B、硅藻土还原步骤：将所述纯化硅藻土与碱族金属或碱土族金属在惰性气体环境下充分反应，将反应后的产物用盐酸充分浸泡，然后过滤、水洗后烘干得到高纯度的海绵状多孔硅材料。

所述的制备方法，其中，所述步骤A具体的包括：将所述硅藻土用硫酸、硝酸或盐酸充分浸泡5-10个小时除去其中的水溶性杂质，所述硅藻土与硫酸、硝酸或盐酸的质量比在1：10-1:50之间。

所述的制备方法，其中，所述步骤A具体的包括：将所述酸化后的硅藻土与硫酸铵在400℃-600℃条件煅烧2-4个小时，将煅烧后的硅藻土经过去离子水过滤除杂，在80℃-120℃条件下烘干后得到所述纯化硅藻土；所述硫酸铵与所述酸化后的硅藻土的质量比在1：10-1：50。

所述的制备方法，其中，所述步骤B具体的包括：将所述纯化硅藻土与所述碱族金属或所述碱土族金属在氩气保护条件下以及600℃-800℃条件下充分反映4小时-6小时；所述纯化硅藻土与碱族金属或碱土族金属的质量比在60：48-60:130之间。

所述的制备方法，其中，所述碱族金属为钠或钾，所述碱土族金属为镁或钙。

所述的制备方法，其中，所述纯化硅藻土与钠的质量比在60:90-60:100之间，或所述纯化硅藻土与钾的质量比在60:110-60:130之间，或所述纯化硅藻土与镁的质量比在60:48-60:80之间，或所述纯化硅藻土与钙的质量比在60:80-60:100之间。

所述的制备方法，其中，所述步骤B具体的包括：将所述反应后的产物用所述盐酸充分浸泡，然后过滤、水洗后，在80℃-120℃烘干得到高纯度的所述海绵状多孔硅材料。

本发明提供的一种制备海绵状多孔硅材料的方法，采用纯化硅藻土步骤与硅藻土还原步骤相结合的方式，从而得到高纯度的海绵状多孔硅材料，由于海绵状多孔硅材料具有特殊的结构与半导体特性, 藉由不同元素参杂可以得到广泛的电、磁与化学亲合力, 可以应用于能源、半导体、传感器等产业，海绵状多孔硅材料的孔形规则，布置均匀，在应用时可以大幅度减小其应力，提高海绵状多孔硅材料的性能。 

附图说明

图1为现有技术中锂电池硅阳极放电的示意图；

图2为海绵状多孔硅在650℃的相图；

图3为海绵状多孔硅5000倍电子显微镜结构示意图；

图4为海绵状多孔硅XRD光谱示意图；

图5为海绵状多孔硅50000倍电子显微镜结构示意图；

图6为海绵状多孔硅高倍电子显微镜结构示意图；

图7为本发明制备方法的流程示意图。 

具体实施方式