[发明专利]一种原子层沉积辅助制备MOF/碳复合材料的方法及所得产品和应用

说明书

本发明涉及一种原子层沉积辅助制备MOF/碳复合材料的方法及所得产品和应用，制备方步骤为：制备不同厚度的金属氧化物/碳复合材料；制备MOF/碳复合材料。本发明以碳材料为基底，结合原子层沉积和有机溶液与金属配合实验制备MOF/碳复合材料。本发明的工艺简单，同时可精准控制MOF的数量，有效地解决了MOF团聚及颗粒大小不一的缺点，在储能、电磁波吸收、导热等领域有广泛的应用价值。

技术领域

本发明涉及一种原子层沉积辅助制备MOF/碳复合材料的方法及所得产品和应用，属于纳米材料制备和结构调控技术领域。

背景技术

目前，石墨烯由于其大的比表面积和优异的导电导热性能，已经在超电容器、太阳能电池和导热材料等商业领域得到了广泛的应用，但是石墨烯由于其介电常数过大，单独使用有阻抗匹配特性较差等不利原因，通常使用时一般与其他材料复合，以增强其性能。

而ZnO作为一种半导体材料，具有介电损耗大的特点，作为很有前途的微波吸收材料已经有报道。近年来，金属有机框架材料（MOF）因具有高的孔隙率和大的比表面积，也被研究人员看作是一种可能的微波吸收材料，ZnO衍生的ZIF-8具有多孔十二面体的结构，具有均一的形貌，表面性能稳定，具有更多的反应活性位点与电子转移能力，在催化、导热、储能、电化学和电磁波吸收领域的应用得到拓展。

因此，基于碳材料，建立起了一系列的合成掺杂制备金属有机框架材料与碳材料复合材料的技术。这些技术着手于对不同金属原子比例、杂化元素、合成温度等进行调控，解决其不同元素掺杂可制备的缺点。但是由于单纯MOF与其他碳材料复合中，存在MOF在碳材料上的生长量难以控制、分散不均匀、容易团聚、不稳定、制备过程繁琐等问题，因此，开发一种简便、可精准控制、制备高效生长MOF纳米材料的技术具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种原子层沉积辅助制备MOF/碳复合材料的方法及所得产品，本发明结合原子层沉积和制备MOF技术，工艺简单，可精准控制MOF的数量，还能有效的解决MOF颗粒团聚的问题，所得产品结构稳定，活性位点多，在储能、电磁波吸收、导热等领域有广泛的应用价值。

本发明以石墨烯材料为基底，也可以用其他稳定的碳材料为基底替换，结合原子层沉积和简单的化学反应制备MOF/碳复合材料，能够使MOF生长的大小均一，所得MOF颗粒形貌为大小均一的菱形十二面体，均匀生长在碳材料纳米片上，MOF颗粒的数量及粒度可控，不发生团聚。

本发明具体的技术方案如下：

一种原子层沉积辅助制备MOF/碳复合材料的方法，其包括以下步骤：

（1）通过原子层沉积法在碳材料表面沉积金属氧化物层，得到金属氧化物/碳复合材料；

（2）将金属氧化物/碳复合材料与配体在溶剂中混合进行反应，得到MOF/碳复合材料。

进一步的，步骤（1）中，所述碳材料可以为石墨烯、碳纳米管、碳纤维或碳黑等。

进一步的，步骤（1）中，所述金属氧化物为氧化锌、氧化钴或四氧化三铁。

进一步的，步骤（1）中，步骤（1）中，将碳材料分散液滴在载体上，干燥后将载体放入原子层沉积装置中进行金属氧化物的沉积，得到金属氧化物包覆的碳复合材料，即金属氧化物/碳复合材料。所述碳材料分散液为碳材料的乙醇分散液，是将碳材料均匀分散到无水乙醇中形成的，为了保证分散的均匀性，可以采用超声的方式进行分散。碳材料在分散液中的浓度为1-4mg/ml。

进一步的，步骤（1）中，碳材料分散液滴在载体上的厚度约为1-2mm。该厚度不易过厚，过厚会影响金属氧化物的沉积。

进一步的，步骤（1）中，所述载体为玻璃。