[发明专利]一种气泡珊瑚形态的硅碳复合材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种气泡珊瑚形态的硅碳复合材料，其特征在于，所述硅碳复合材料包括多孔硅和碳壳，碳壳的外层与多孔硅的几何构型一致，多孔硅与碳壳具有共角的特性，其中碳壳紧贴着多孔硅的表面生长，所述多孔硅为其硅碳复合材料的内核，且多孔硅表面与碳壳存在中空空隙；优选的，碳壳和多孔硅之间的中空间隙尺寸为5～80nm。

2.如权利要求1所述气泡珊瑚形态的硅碳复合材料，其特征在于，所述硅碳复合材料中多孔硅的形状为多孔状，且内部具有分布均匀的孔隙；

所述硅碳复合材料中硅元素的含量为35-80wt.％，碳元素的含量为20～65wt.％；

所述多孔硅的孔径分布为10～100nm，且粒径分布为500nm～40μm；

所述硅碳复合材料的粒径分布为600nm～50μm。

3.一种权利要求1或2所述气泡珊瑚形态的硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

P-Si的制备：将硅藻土粉末、还原金属粉末以及缓和剂混合均匀，并将所得混合物在惰性气体保护下，将所述混合物以1～5℃/min的速率升温至500～650℃保温反应2～5h进行氧化还原反应，之后将所得氧化还原反应产物冷却至室温，酸洗，洗涤，干燥，得到多孔硅即P-Si；

P-Si@SiO₂的制备：将所得多孔硅分散于醇水混合溶剂中，之后往所得分散液中加入碱性催化剂和正硅酸乙酯并搅拌，洗涤，干燥，得到二氧化硅包覆多孔硅复合材料即P-Si@SiO₂；

P-Si@SiO₂@C的制备：采用以酚醛树脂为碳的前驱体制备方法或以聚多巴胺为碳的前驱体制备方法；其中采用以酚醛树脂为碳的前驱体制备方法为将所得P-Si@SiO₂分散于水中，再加入阳离子表面活性剂、碱性催化剂和酚醛树脂单体材料，使其在该材料表面发生缩聚反应，洗涤，干燥，接着将所得干燥产物进行高温煅烧以使其中所含的高分子聚合物碳化，得到碳包覆二氧化硅包覆多孔硅复合材料即P-Si@SiO₂@C；

或采用以聚多巴胺为碳的前驱体制备方法为将所得P-Si@SiO₂@C分散于无水乙醇中搅拌分散，再向其逐滴加入Tris-HCl缓冲液，再加入盐酸多巴胺反应，洗涤，干燥，干燥产物放入管式炉中，在氩气保护气氛下，升温后保温反应，接着再升温至500～800℃保温反应，得到P-Si@SiO₂@C；

气泡珊瑚形态的硅碳复合材料的制备：将所得P-Si@SiO₂@C进行刻蚀以去除二氧化硅层，即得所述气泡珊瑚形态的硅碳复合材料。

4.如权利要求3所述气泡珊瑚形态的硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述P-Si的制备步骤中，所述硅藻土粉末、还原金属粉末以及缓和剂的质量比1:(0.8～1.5):(10～20)；

任选的，所述还原金属粉末为镁粉；

任选的，所述缓和剂为氯化钠。

5.如权利要求3所述气泡珊瑚形态的硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述P-Si@SiO₂的制备步骤中，所述P-Si与所述醇水混合溶剂的用量比为100mg:(100～400)ml；

任选的，所述碱性催化剂的用量为所述分散液体积分数的0.5～2％；所述碱性催化剂为浓氨水；

任选的，所述正硅酸乙酯的用量为所述分散液体积分数的0.1～1％；

任选的，所述搅拌的时间为12～48h。