[发明专利]一种含碳双金属氧化物的制备方法

说明书

本发明涉及一种含碳双金属氧化物的制备方法，用高锰酸钾与铁、钴或镍过渡金属氧化物前驱体及不饱和长链脂肪酸反应，直接合成嵌入在碳基质中的纳米级双金属氧化物材料。通过微乳化技术结合Baeyer试剂反应路线，精确调变金属盐种类及其比例、长链不饱和脂肪酸的种类和比例、加热方法、焙烧气氛、焙烧温度，直接将双金属氧化物嵌入到碳基质中，获得一种结构、组分含量、组分种类可控的含碳的纳米级双金属复合氧化物。

技术领域

本发明涉及领域化工应用技术领域，尤其涉及一种双金属复合氧化物及其制备方法。

背景技术

双金属过渡金属氧化物复合材料由于不同金属之间的协同效应，相较于单一金属氧化物可表现出更好的电源、光学、磁学性能。纳米化的双金属氧化物具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子轨道效应，可使材料具有更高的活性。另一方面，将碳与双金属复合氧化物复合可使材料的稳定性、导电性等方面得到有效提升。这种含有碳的纳米双金属氧化物在反应催化、物理化学吸附、精细陶瓷、磁性材料、超级电容器、在锂离子电池负极材料等领域有重要应用前景。

目前，纳米双金属复合氧化物的制备方法主要可以分为物理法和化学法。物理法采用高能耗的激光溅射法、球磨法、电弧法等方式“强制”将材料细化，该法产量低、设备投入大、纳米化效果差，成本高。化学法主要有沉淀法、水热法、相转移法、界面合成法、溶胶-凝胶法，化学法合成的纳米材料均匀、可大量生产、设备投入小。纳米双金属氧化物的化学合成法也存在一些问题，如合成路线复杂、原料昂贵、反应条件苛刻、反应时间过长、合成产物产量低、组分难控制、纳米化效果不佳等。现有技术制备含碳的纳米级双金属混合氧化物还比较困难，亟需一种成本更低、合成路线更合理高效的合成技术来合成一种结构、组分含量、组分种类可控的含碳双金属复合氧化物。

发明内容

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：用价格低、来源丰富的高锰酸钾与铁、钴或镍过渡金属氧化物前驱体及不饱和长链脂肪酸反应，直接合成嵌入在碳基质中的纳米级双金属氧化物材料。通过微乳化技术结合Baeyer试剂反应路线，精确调变金属盐种类及其比例、长链不饱和脂肪酸的种类和比例、加热方法、焙烧气氛、焙烧温度，直接将双金属氧化物嵌入到碳基质中，获得一种结构、组分含量、组分种类可控的含碳的纳米级双金属复合氧化物。具体制备过程如下：

S1.由NaOH水溶液、长链不饱和脂肪酸和乙醇在不低于60 ℃水浴条件下制得微乳液A；

S2.将过渡金属T（T=Ni、Fe或Co）莫尔盐用纯水溶解配置成溶液B，再将B溶液与微乳液A溶液混合后在不低于60 ℃温度下搅拌不少于2h得到溶液C；

S3. 向溶液C中加入高锰酸钾溶液使其发生Baeyer试剂反应，在60-220℃的温度下搅拌不少于2 h得到D；

S4.对D进行固液分离得到固体E，依次用乙醇和水对E进行洗涤后干燥处理；

S5.将E移至管式炉或马弗炉中在单一气体的气氛中升温至400-1000℃一定温度，恒温不少于2h后自然冷却至室温，得到含碳双金属复合氧化物。

进一步的，步骤S1中长链不饱和脂肪酸为巴豆酸、肉桂酸、油酸或蓖麻油酸等中的一种或几种混合。

进一步的，步骤S2中过渡金属T莫尔盐为硫酸亚铁铵、硫酸铁铵、硫酸钴铵、硫酸镍铵中的一种或几种混合。

进一步的，步骤S3中的高锰酸钾溶液中高锰酸钾的物质的量与过渡金属T莫尔盐的摩尔比为0.01-1：1。

进一步的，步骤S3中反应温度为60℃、150℃、180℃或210℃。若反应温度为60℃，优选的采用恒温水浴；若反应温度为150℃、180℃或210℃，优选的采用水热反应釜加热。

进一步的，步骤S5中单一气体的气氛可为氧气或者氮气，升温速率可为 1-10℃/min。