[发明专利]金属化合物纳米结构薄膜材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及无机功能纳米材料技术领域，特别涉及一种金属化合物纳米结构薄膜材料的制备方法。

背景技术

随着电子工业的发展以及能源危机和绿色环保的社会需求，能够为各种设备提供便携电源器件的需求也越来越迫切。能源存储和转换器件的研究重点在于电极材料的改进。其中一类改进途径是：通过将纳米材料制备成有序的纳米结构薄膜以解决多数电极材料导电性不佳和体积膨胀的问题。从电极制作过程来说，薄膜结构材料大大简化了使用导电剂、粘结剂和电极材料活性物质混合涂布制作电极片的复杂过程。已报道的制备纳米结构薄膜材料的方法存在一定的局限性，具体分析如下：

已报道的一类方法是金属基底上原位生长薄膜，金属基底参加反应并被化学氧化，同时释放的金属离子形成金属氧化物或其前驱物。因此薄膜结构可以定向沉积到金属基底表面，基于该种机理的方法，如直接热氧化、电化学阳极氧化处理和在溶液中被化学氧化。金属基底不仅作为金属离子的唯一来源，也可作为对纳米薄膜的支撑物。如张等人[Journal of Materials Chemistry A,2013,1,14368-14374；Advanced Functional Materials,2011,21,3516-3523；Accounts of Chemical Research,2009,42,1617-1627]提出在一个碱性反应体系中，用过硫酸铵作为氧化剂，在铜基底上制备氢氧化铜纳米结构薄膜。然而在这种情况下，只能制备与金属基底具有同种金属元素的金属氧化物或金属氢氧化物。

已报道的另一类方法是金属基底仅仅作为纳米材料沉积的支撑物和模板，并不参与化学反应，金属离子来源于反应前外加的金属盐，如化学气相沉积法(CVD)、化学浴沉积法(CBD)、水热沉积法。如范等人[Energy&Environmental Science,2012,5,9085-9090]采用水热法在泡沫镍上生长氧化钴纳米棒薄膜，反应前外加硝酸钴作为钴源。通常这些方法不仅在基底上发生沉积，而且会随机地在容器的内表面发生沉积，降低了反应物的利用效率。一般选用玻璃、硅晶片和碳布这种惰性基底用作沉积的支撑物。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属化合物纳米结构薄膜材料的制备方法，能够在金属基底表面选择性地定向生长纳米结构薄膜，反应物利用率高；合成工艺简单，不需要用到任何强酸、强碱或强氧化剂；反应条件范围宽，适用对象范围广；易于等比例放大，容易实现规模化。

为实现上述目的，本发明提供了一种金属化合物纳米结构薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)配置金属离子溶液：将具有一定水解能力的金属离子所形成的金属盐溶于水中形成溶液；

(2)金属基底诱导金属离子发生水解反应：将金属基底和所述步骤(2)制得的金属离子盐溶液加入反应容器中，在金属离子可以水解的反应温度下发生反应一定时间，制得金属化合物纳米结构薄膜材料；

(3)将步骤(2)处理所得的产物清洗、烘干，可直接作为电极材料；或者将步骤(2)处理所得的产物清洗、烘干，放置于高温炉中，在保护气氛中加热处理，再应用于电化学能量储存和转换器件。

优选地，上述技术方案中，所述步骤(1)中金属盐包括铁盐、钴盐、镍盐或锰盐，其中铁盐为硫酸铁、硫酸亚铁、硝酸铁、硝酸亚铁、氯化铁、氯化亚铁的一种或两种以上混合物；其中钴盐为硫酸钴、硝酸钴、氯化钴的一种或两种以上混合物；其中镍盐为硫酸镍、硝酸镍、氯化镍的一种或两种以上混合物；其中锰盐为硫酸锰、硝酸锰、氯化锰的一种或两种以上混合物。

优选地，上述技术方案中，所述步骤(1)中所述能发生水解反应的金属盐溶于水后所形成的溶液浓度为0.005～0.5mol/L。

优选地，上述技术方案中，在进行所述步骤(2)金属基底诱导金属离子发生水解反应前，将金属基底进行清洗；所述金属基底的形式为金属片、金属箔或泡沫金属基底。

优选地，上述技术方案中，所述步骤(2)中的金属基底包括铁基底、钴基底、镍基底或钛基底

优选地，上述技术方案中，所述步骤(2)中反应容器为常压玻璃容器、常压耐高温塑料容器或聚四氟乙烯为内胆的不锈钢高压反应釜。

优选地，上述技术方案中，所述步骤(2)中水解反应的温度为室温-200℃，反应时间为6-48小时。