[发明专利]一组海绵状多孔复合氧化物纳微多面体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料领域，特别是一种利用糖结构指示剂和还原剂的引导氧化结晶反应和热处理工艺，生成海绵状多孔复合氧化物纳微多面体的简易方法。

背景技术

近几年来，海绵状多孔结构材料的制备引起了越来越多的研究人员的关注。由于这种材料综合了微孔/介孔的高比表面积和易扩散的大孔网络通道的优势，引起奇异的声、光、电、热、磁和化学活性等特性，在催化、发光材料、磁性材料、半导体材料、电极材料、高性能结构及功能陶瓷等领域具有广阔的应用前景。特别是金属氧化物（包括，铁氧体、ZnO、Fe₂O₃等），作为重要的半导体功能材料，具有良好的耐候性、耐光性、无毒、磁性和对紫外线具有良好的吸收和屏蔽效应，已广泛应用于气体贮存、净化、分离、电化学、闪光涂料、油墨、吸附、催化、磁性存储、气敏和湿敏材料、磁流体、磁性靶向药物载体、分离细胞和生物医药等领域。

由于纳米材料的性能强烈地依赖其比表面积、孔径分布、结晶度、形貌、尺寸、取向等，因此调控上述参数具有重要研究意义。目前模板法（以胶体为模板的静电层层自组装、直接吸附或化学沉积、牺牲模板法）、非模板法（相分离技术、发泡法、烧结法、去合金法）等合成工艺已被用来制备不同维度、形貌和结构的多孔材料。一般来说，多孔材料的合成是通过选取适当的模板来控制所需的长度和形貌。例如用四烷基胺来直接合成微孔(<2 nm)；用长链表面活性剂、共聚物和胶束用来合成介孔材料(2 nm－50 nm)；用聚苯乙烯乳胶和细菌来合成大孔结构(>50 nm)。

然而，在本发明中，以低成本、绿色、环保的化学试剂-糖作还原剂和结构指示剂，采用低温氧化还原-浓缩结晶-热处理工艺制备尺寸、组成、形貌、质构（比表面、孔径分布）结晶度可调的海绵状多面体复合氧化物纳微米材料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：为克服已有技术之不足，建立一种合成绵状多孔纳微米材料的低成本、绿色、环保的制备方法，并提供高比表面积、海绵状多孔多面体复合氧化物纳微米材料。再一目的是提供一种简便调控纳米材料比表面积、尺寸、形貌和微观结构的方法。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的海绵状多孔复合氧化物纳微多面体的制备方法，是采用糖作结构指示剂和还原剂引导氧化-结晶反应和热处理工艺，具体是：以水为溶剂，金属的硝酸盐为原料和氧化剂，糖为结构指示剂和还原剂，引导氧化和结晶浓缩反应，糖与金属硝酸盐的物质的量之比为0.5－6，然后在常压、50－95 ℃下经搅拌氧化反应得到黄绿色沉淀物，再进一步蒸发浓缩，最后洗涤、过滤得到黄绿色的纳微多面体状前驱物，随后将该前驱物在300－900 ℃、时间0.5－5 h进行热处理，得到所述海绵状多孔复合氧化物纳微多面体。

所述的硝酸盐可以采用硝酸铁。

所述的硝酸盐可以采用硝酸铁与硝酸钴、硝酸镍、硝酸锰、硝酸锌、硝酸钡的一种或者多种的混合物。

所述的糖可以采用葡萄糖、麦芽糖、蔗糖中的一种或多种的混合物。

所述的热处理可以采用空气、氮气和氩气中的一种。

所制备的海绵状多孔复合氧化物纳微多面体，可以是由铁，或铁与钴、镍、锰、锌、钡中的一种或几种金属元素组成的复合氧化物。

所制备的海绵状多孔复合氧化物纳微多面体，其由多个纳米粒子或棒组装而成比表面积、尺寸、形貌可调的物质。

所述的海绵状多孔复合氧化物纳微多面体，其边长在0.5－5 μm，长径比1－5，比表面积2.83－135.5 m²/g和分级介孔模式，晶粒尺寸为5－80 nm。

本发明制备的海胆状羟基氧化铁与海胆状氧化铁纳米材料，其在制备催化剂材料中的应用。海胆状氧化铁纳米材料在制备锂电极材料中的应用。

本发明与现有技术相比具有以下的主要优点：

其一、操作简单，对设备的要求不高，易于工业应用推广；

其二、制备流程新颖，形成机理独特；

其三、成本低，效率高；

其四、采用本方法合成的复合氧化物具有分级模式介孔，组成、比表面积和晶粒尺寸可控性好，工艺简单等特点。

附图说明

图1、图2和图3-4是分别为实施例1所得产物的XRD相结构图谱，EDX元素组成分析图谱和在扫描电镜下观测到的形貌。

图5和图1是实施例2所得产物在扫描电镜下观测到的形貌和物相分析的XRD曲线图。