[发明专利]硅-过渡金属硅化物纳米复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明设计硅‑过渡金属硅化物纳米复合材料领域，公开了硅‑过渡金属硅化物纳米复合材料及其制备方法与应用。硅‑过渡金属硅化物纳米复合材料的制备方法，包括：将含有前驱体、还原剂以及无机盐的混合物经500～900℃热反应得到；所述前驱体为含过渡金属离子的天然黏土矿物或经过渡金属离子改性后的改性黏土矿物。硅‑过渡金属硅化物纳米复合材料，采用上述方法制得。该方法可制得纳米级别的具有较大比表面积的硅‑过渡金属硅化物纳米复合材料。硅‑过渡金属硅化物纳米复合材料在薄膜涂层、电子元件、热电材料、光伏材料或锂电子电池中具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及硅-过渡金属硅化物纳米复合材料领域，具体而言，涉及硅-过渡金属硅化物纳米复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

硅-过渡金属硅化物纳米复合材料具有高熔点、低电阻率、热稳定性、抗氧化性、磁性等性能，被广泛应用于诸多领域，如薄膜涂层、电子元件、热电材料、光伏材料等；除此之外，硅-过渡金属硅化物纳米复合材料具有较强的耐硫性，在含硫化物的大量催化反应中具有潜在价值。硅-过渡金属硅化物纳米复合材料传统制备方法主要有化学气相沉积法、机械合金化和湿化学方法。但这些方法都具有一些缺点，比如使用有毒的试剂、成本高、费时以及制备得到的产品品质有待改善等，难以实现大规模的生产。

而且，为了进一步提高纳米过渡金属硅化物在实际应用中的性能，拓宽其在环境修复、能源储存等领域的应用，常需要复合其他物质。比如，将过渡金属硅化物与硅复合，制备得到过渡金属硅化物/硅纳米复合材料，结合硅的疏水性、半导体性质、高锂离子亲和性等，进而提高材料的吸附/催化性能、储锂性能等。但额外引入本身制备困难、价格高昂的硅纳米材料，不仅难以实现过渡金属硅化物与硅的均匀、有效复合，而且制备成本高，这些都阻碍了过渡金属硅化物/硅纳米复合材料的规模化制备和实际应用。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种硅-过渡金属硅化物纳米复合材料及其制备方法，该方法简单易行，可制得纳米尺度的具有较大比表面积的硅-过渡金属硅化物纳米复合材料。

本发明是这样实现的：

第一方面，本发明实施例提供一种硅-过渡金属硅化物纳米复合材料的制备方法，包括：

将含有前驱体、还原剂以及无机盐的混合物在500～900℃的温度下进行热反应得到；前驱体为含过渡金属离子的天然黏土矿物或经过渡金属离子改性后的改性黏土矿物。

在可选的实施方式中，前驱体与无机盐的质量之比为1:1～30；更优选地，无机盐包括氯化钠、氯化钾、氯化锂和氯化钙中至少一种。

在可选的实施方式中，还原剂为还原性金属；更优选地，前驱体与还原性金属的质量之比为1:0.3～6；更优选地，还原性金属为镁、铝、钠、钾和钙中至少一种。

在可选的实施方式中，前驱体、还原剂以及无机盐均为过200目筛筛下的粉体。

在可选的实施方式中，天然黏土矿物中，过渡金属离子所占质量比大于或等于5％；

优选地，天然黏土矿物为括鲕绿泥石、锰绿泥石、镍绿泥石、蛭石、铁海泡石、镍海泡石、铁坡缕石、铁蛇纹石、水黑云母、黑云母和绿脱石中至少一种。

在可选的实施方式中，改性黏土矿物是由黏土矿物经过渡金属离子改性后得到；

优选地，黏土矿物和过渡金属离子的质量之比为1:0.1～3；

更优选地，黏土矿物为蒙脱石、蛭石、黑云母、白云母、伊利石、海泡石、坡缕石、高岭石和埃洛石中至少一种；

更优选地，过渡金属离子包括铁、锰、钴、镍、铜、钛和锆中至少一种。

在可选的实施方式中，热反应时间为0.5～12h。