[发明专利]一种高性能介孔二氧化锡基材料的制备方法及其所得材料和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合材料技术领域，具体涉及一种高性能的介孔SnO₂基材料的制备方法，以及所得材料和其在锂离子电池负极材料、传感器材料、光催化材料中的应用。

背景技术

二氧化锡是一种重要的半导体氧化物材料，因其具有独特的光电性能和气敏性能，化学稳定性好，使其在敏化太阳能电池、传感器、光催化、锂离子电池负极材料等领域具有广泛的应用。与其他纳米结构相比，多孔SnO₂纳米结构具有高孔隙率和较大的比表面积、更优异的光电性能和气敏性能，因此其在许多领域拥有巨大的开发潜力和应用前景。

目前，关于多孔二氧化锡纳米材料的制备方法很多，包括模版法、阳极氧化法、溶胶凝胶法、水热法和溶剂热法、喷雾热蒸发法、静电纺丝法、紫外线照射、脉冲电位技术、光化学法等，这些方法各有利弊，如模板法和溶胶凝胶法由于简单、可控性强、制备质量好等优点，但目前还限于实验室研究，商业化前景仍然受限于反应规模和重复性等瓶颈；喷雾热蒸发法、静电纺丝法、紫外线照射、脉冲电位技术、光化学法等制备的多孔SnO₂纳米材料质量高、品型好、产物的形貌丰富多样，但是这些气相法制备温度高、仪器设备品贵、且产率低，重复性差，很难扩展到大规模的工业生产和应用。因此开发具有高性能的新型SnO₂基材料的适应于商业化发展的新方法或路径极具迫切性。

发明内容

发明目的：针对现有技术中所制备SnO₂基材料性能不够优越，所采用的高性能SnO₂材料的制备或合成路径较为复杂或商业化前景渺茫等问题，本发明的目的在于提供一种高性能介孔SnO₂基材料的制备方法，该制备方法简单，重复性好，易于大规模的企业化生产和使用，所得复合材料可广泛用作高性能锂离子电池负极材料、传感器材料、光催化材料中。

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明公开了一种高性能介孔SnO₂基材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)把Cu和Sn按照一定比例熔融制备合金块体；

(2)将步骤(1)得到的合金块体通过蒸发气化制备纳米复合球；

(3)将步骤(2)得到的纳米复合球通过液相氧化法除去Cu，经过滤、洗涤、干燥后得到介孔氧化SnO₂基材料；

(4)将步骤(3)得到的介孔氧化SnO₂基材料直接在高温惰性气氛烧结或将其经过碳包覆改性后高温惰性气氛烧结，制备得到高性能介孔SnO₂基材料或其碳复合材料。

作为优选，步骤(3)中所述的液相氧化法为：用体积比为(1-3)：1：1的H₂O-H₂O₂-H₂SO₄混合溶液室温搅拌下氧化5-36h，用于除去Cu和氧化Sn为SnO₂。

作为另一种优选，步骤(1)中所述Cu和Sn的重量比例为(0：10)-(10：1)。

作为另一种优选，步骤(4)中所述高温惰性气氛烧结，所述惰性气氛使用Ar、He气等，处理时间为3～10h，处理温度为400-600度。

作为另一种优选，步骤(4)中所述将其经过碳包覆改性，所用的方法为水热葡萄糖或果糖或蔗糖，或者通过聚合聚苯胺、聚吡咯或聚噻吩，或是将至分散在含有水溶性的有机高分子材料(羧甲基纤维素钠、壳聚糖等)溶液中通过均匀混合复合而成；高温碳化后，SnO₂和碳的重量比例为5：5到9.5：0.5之间。

本发明的第二目的在于公开一种高性能介孔SnO₂基材料，该介孔SnO₂基材料是根据上述制备方法制备而成，其包括含有丰富的介孔结构，比表面积较大，且具有较高的电导率。

本发明的最后目的是提供一种根据上述制备方法得到的介孔SnO₂基材料的应用，其中将得到的介孔SnO₂基材料应用于气敏材料，具有很高的灵敏度和很好的恢复特性；将介孔SnO₂基材料用作锂离子电池负极材料，通过与炭黑和羟甲基纤维素混合制备得到锂离子电池复合负极，使用了上述复合材料制备的复合负极的循环性能、倍率性能、可逆容量相比于其它方法制备的SnO₂材料均有大幅的提高或改善；其中将得到的介孔SnO₂基材料应用于光催化中，具有快速的光降解效应。