[发明专利]介孔-大孔复合结构金属氧化物材料及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属氧化物材料及制备方法和用途，尤其是一种介孔-大孔复合结构金属氧化物材料及其制备方法和用途。

背景技术

纳米材料具有的电学、光学、热学、磁学等性质与块体材料相比明显不同且更加优越，已展现出了光明的应用前景，被誉为二十一世纪最有前途的材料，将在电子工业、能源、催化等诸多领域表现出重要的应用价值。近期，人们为了获得纳米金属氧化物材料，做出了不懈的努力，如在Porous Carbon/Tin(IV)Oxide Monoliths as Anodes for Lithium-Ion Batteries，Journal of The Electrochemical Society，2008，155(9)，A658～A663(用于锂离子电池阳极的多孔碳/二氧化锡块体材料，《电化学学会志》，2008年7月21日发表)一文第A658～A663页公开了一种具有三维有序的大孔-介孔结构的碳/二氧化锡纳米复合物块。该纳米复合物块中大孔的平均直径为327±6nm，各大孔之间孔壁的厚度为107±8nm，在纳米复合物块的壁表面可以观察到直径为15～25nm的二氧化锡纳米颗粒，大孔壁内含有3～5nm的介孔。复合物块的制备方法为先采用双模板法制作具有大孔-介孔复合结构的多孔碳材料，然后再将其浸入SnCl₄溶液中，通过热处理制成碳/二氧化锡纳米复合物块。但是，无论是纳米复合物块-最终产物，还是其制备方法，都存在着不足之处，首先，块状的形貌使最终产物的比表面积偏低，且难以提高；其次，二氧化锡纳米颗粒是被负载于具有大孔-介孔复合结构的多孔碳骨架上的，若将其用于以二氧化锡为发挥主要作用的场合，则会因二氧化锡的质量过少而使其难有良好的使用效果；最后，制备方法不能制得既具有更高的比表面积，又是纯金属氧化物的最终产物。

发明内容

本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种具有更高比表面积的、纯金属氧化物构成的介孔-大孔复合结构金属氧化物材料。

本发明要解决的另一个技术问题为提供一种上述介孔-大孔复合结构金属氧化物材料的制备方法。

本发明要解决的还有一个技术问题为提供一种上述介孔-大孔复合结构金属氧化物材料的用途。

为解决本发明的技术问题，所采用的技术方案为：介孔-大孔复合结构金属氧化物材料由金属氧化物组成，特别是，

所述金属氧化物为薄膜状，所述薄膜的厚度为0.3～10μm，其由球形孔或半球形孔构成；

所述球形孔或半球形孔的孔直径为100～2000nm，其孔壁由纳米颗粒构成；

所述纳米颗粒的粒径为10～50nm，其相互之间为介孔；

所述介孔的孔直径为2～50nm。

作为介孔-大孔复合结构金属氧化物材料的进一步改进，所述的金属氧化物为氧化锡，或氧化铟，或氧化锌，或氧化锰，或氧化铁，或氧化钛，或氧化锆，或氧化铝，或氧化钨，或氧化钒。

为解决本发明的另一个技术问题，所采用的另一个技术方案为：上述介孔-大孔复合结构金属氧化物材料的制备方法包括水热法，特别是完成步骤如下：

步骤1，先按照葡萄糖、水和十六烷基三甲基溴化铵之间的重量比为1～20∶38～42∶0～0.5的比例，将其置于密闭状态下，于温度为100～180℃下反应1～20h，得到中间产物，再对中间产物进行离心、洗涤和干燥的处理，得到球直径为100nm～2μm的碳球；

步骤2，先按照重量比为0.5～10∶0.05～1∶14～18的比例，将金属盐、碳球和乙醇混合后超声10～120min，得到混合物，再将混合物置于0～120℃下回流1～20h，得到碳球与金属氧化物的前驱体混合物；

步骤3，先将碳球与金属氧化物的前驱体混合物涂覆于基底上，再依次将其上涂覆有碳球与金属氧化物的前驱体混合物的基底置于30～90℃下老化2～96h、350～650℃下煅烧1～12h，制得介孔-大孔复合结构金属氧化物材料。

作为介孔-大孔复合结构金属氧化物材料的制备方法的进一步改进，所述的离心处理时的转速为2000～6000r/min；所述的洗涤处理为依次使用乙醇和去离子水洗涤2～5次；所述的干燥处理为置于50～70℃下干燥；所述的金属盐为要制备的金属氧化物所对应的醋酸盐，或金属卤化物；所述的基底为陶瓷基底。

为解决本发明的还有一个技术问题，所采用的还有一个技术方案为：上述介孔-大孔复合结构金属氧化物材料的用途为：