[发明专利]一种金属氧化物/碳复合材料的制备方法及应用

说明书

本发明公开一种金属氧化物/碳复合材料的制备方法及应用，属于无机纳米材料制备技术领域。本发明采用盐酸多巴胺为碳源，利用碳酸铵或碳酸氢铵溶液作为金属盐沉淀剂，同时碳酸铵或碳酸氢铵溶液提供的碱性环境诱导多巴胺聚合反应，形成金属碳酸盐/聚多巴胺复合材料，最后经过高温热处理一方面使金属碳酸盐分解得到金属氧化物，另一方面使聚多巴胺在高温下碳化，最终获得金属氧化物/碳复合材料。本发明方法操作简单，具有良好的可控性和重复性，可实现大规模生产，制得的金属氧化物/碳复合材料可应用于储能、催化、传感、吸附等领域。

技术领域

本发明属于无机纳米材料制备技术领域，具体涉及一种金属氧化物/碳复合材料的制备方法及应用。

背景技术

金属氧化物/碳复合材料是一类重要的复合材料，目前已广泛应用于储能、催化、传感、吸附等领域。碳材料通常具有较高的电导率和较大的比表面积，与金属氧化物复合后，往往可以提高材料整体的导电性，使得复合材料的应用性能得到一定的提升。

由于碳源的种类和制备方法非常丰富，因而金属氧化物/碳复合材料的制备方法也多种多样。较为直接的方法是将金属氧化物粉末与碳材料(如石墨烯、CNT、活性炭等)采用球磨等方法充分混合形成复合材料；或是在碳材料表面通过化学反应生成金属氧化物，从而获得金属氧化物/碳复合材料；或是采用高分子碳材料，通过高温碳化方法在金属氧化物表面包覆一层碳薄膜；也可以采用小分子碳源，利用CVD技术在金属氧化物表面制备一层碳层。选择不同的碳源种类和复合材料的制备工艺，所获得的碳复合材料在微观形貌与材料性质方面都有很大差异。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属氧化物/碳复合材料的制备方法及应用，操作简单，具有良好的可控性和重复性，可实现大规模生产，制得的金属氧化物/碳复合材料可应用于储能、催化、传感、吸附等领域。

本发明的技术方案如下：

一种金属氧化物/碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、配制浓度为0.005～1mol/L的水溶性金属盐溶液；

步骤2、在步骤1得到的金属盐溶液中加入盐酸多巴胺(C₈H₁₁NO₂·HCl)，搅拌使其充分溶解，得到混合液A；其中，混合液A中盐酸多巴胺的质量浓度为0.1～3mg/mL；

步骤3、配制碳酸铵((NH₄)₂CO₃)或碳酸氢铵(NH₄HCO₃)溶液；

步骤4、将步骤3配制的碳酸铵或碳酸氢铵溶液加入步骤2得到的混合液A中，搅拌反应0.5～10小时；其中，碳酸铵或碳酸氢铵与步骤1水溶性金属盐中金属离子的摩尔比为(2～10)：1；

步骤5、将步骤4反应后的溶液过滤、洗涤并干燥，将干燥后的粉末在惰性气体气氛中600～800℃下热处理1～6h，随炉自然冷却至室温后，即可获得金属氧化物/碳复合材料。

进一步地，步骤1所述水溶性金属盐为锰盐、锌盐、镍盐、钴盐中的一种或几种；步骤1所述的水溶性金属盐包括金属氯盐、硝酸盐、醋酸盐等。

进一步地，步骤5所述惰性气体为氩气或氮气等。

本发明还提供了上述金属氧化物/碳复合材料在锂离子电池、超级电容器、光化学催化、气体吸附和传感器中的应用。

本发明的有益效果为：