[发明专利]一种多孔碳基多组分纳米复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种多孔碳基多组分纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：对具有精细分级多孔结构的天然生物材料进行预处理以用做模板；通过金属盐溶液的分步浸渍及气氛煅烧处理，制得具有生物模板精细分级结构的多孔碳为基体、并负载不同成分纳米单元的多组分复合材料。本发明方法所采用的模板来自广泛易得的天然生物材料并能直接提供碳源，通过选择不同的金属盐溶液，调控不同的浸渍过程和煅烧过程的工艺参数，可以实现对最终复合材料的多元组分和精细微纳分级结构进行控制。本发明的制备方法操作简单，成本低廉，且灵活可控，其所制得的纳米复合材料在催化、传感、锂电等领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种多组分纳米复合材料的制备方法，尤其涉及一种以具有分级多孔结构的碳材料作为基体、不同种类金属和金属化合物纳米结构在多孔碳基体上进行复合所形成的多孔碳基多组分纳米复合材料的制备方法，属于碳基复合材料技术领域。

背景技术

现代文明的工业技术为人类生活提供了充足的产品并带来了极大的便利，却也存在诸如空气污染、水质污染、能源利用效率低等环境问题。如何制备能够高效检测气体、促进污染物有效降解的环保材料、提高能源利用效率，尤其是在面临多种环境问题时实现材料的功能集成化，是当前这一研究领域急需的一种工艺方法。

针对应用于环境问题的众多功能纳米材料中，通常因为组分的单一而在实际应用的过程中遇到很多障碍。以半导体材料SnO₂为例，应用在传感领域，因SnO₂活性不高使其对一些气体进行检测时，气敏灵敏度和选择性存在很大的局限性，从而限制了其应用的广度和深度；应用在光催化领域，由于其禁带宽度3.6eV，属于宽带隙半导体，只能利用太阳光中的不到4％的紫外光部分，从而严重制约了光催化性能的发挥。因此，有必要通过材质成分的复合，制备多种组分相互耦合共存的纳米材料。

另一方面，具有高比表面积，并能提供更多的活性位点和活性传输孔道的分级多孔结构有利于改善材料的传感性质、吸附能力和催化活性等，因此获得具有微纳分级多孔结构是提升复合材料性能的重要途径。针对分级多孔材料的制备，目前常用的方法，如：气相沉积法、溶液蒸镀法、静电纺丝法等已进行了一些尝试和探索。然而，目前这些制备方法和手段往往需要借助特定的实验设备，在相对苛刻的条件下进行，制备过程较难控制，尤其难以实现对精细分级多孔结构的有效控制以及多种组分的复合。

而且，多孔碳基复合材料由于具有优良的电容性质、锂电性质、传感性质等在更多领域具有重要应用价值而日益引起广泛关注和重视。首先，碳基体可以作为传输电子的高速通道，提升电子传输过程中传递能量和信息的性能。其次，碳凭借其耐高温、低密度及热膨胀系数小等优异性能，使材料的微纳结构可以保持相对稳定，并为其他组分材料提供生长的基体。再者，碳的引入实施组分改性，从而对复合材料的性能进行改善。经检索发现，关于碳基纳米材料有不少专利公布，如公开号CN105702923A名为“一种氧化锰/碳/碳纳米管纳米杂化材料及其制备方法和应用”的专利中，将氧化锰前驱体溶液分散在热固性树脂单体溶剂中，该树脂单体可同时用作碳源；然后引入碳纳米管，通过双键固化后的固体经粉碎、高温煅烧后得到，但是这种方法不能提供精细的孔洞结构；公开号CN102951677A名为“基于常压化学气相沉积法制备二氧化锡微纳米材料的方法”的专利中，其制备碳质材料与纳米二氧化锡复合物的工艺方法复杂，且在应用方面缺少明显的优势。

发明内容