【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种工业化量产生产技术(室温反向溶剂沉淀法)开发，该合成工艺可以灵活控制并且制备出维多孔碳基负载纳米晶复合材料，所制备的材料可以应用于电池负极，电催化等方向，属于纳米材料制备技术和电化学能源转换与存储应用领域。
技术介绍
1、随着社会的发展，传统工业以及能源开发造成的大气污染已经严重影响到人们日常的生活质量，二氧化碳的大量排放导致全球气候变暖，能源危机和环境问题已经严重影响了人类的生存和社会未来的发展。因此，我们亟需实现环境社会的可持续发展，为了实现这一目的，电化学技术和能源存储技术起到了至关重要的作用，碳材料因为比表面积大，密度小，电导率高，稳定性好等优点被广泛应用与储能以及催化等领域。
2、在众多的碳材料中，三维多孔碳材料具有更大的比表面积，具有更加连续的导电网络，并且三维多孔碳在作为电池材料可以充分和电解液接触，促进电解液的扩散。其良好的机械性能也可以使其作为骨架作为理想的电化学转换和储能器件。研究表明，在碳材料上负载金属基纳米材料，可以进一步对其电化学性质赋能，具有良好的应用前景。
3、目前，制备良好质量负载纳米晶的三维多孔碳负载金属基纳米复合材料的方法通常包含多个步骤。通常先采用水热、溶剂热、静电纺丝法制备好三维碳，随后利用溶液浸泡法、气体还原等方式将金属基纳米材料负载在三维碳表面。这些制备工艺伴随着水热和溶剂热的高温高压条件、溶胶等材料的使用使其工艺更加复杂，成本更高，并且合成过程更加复杂，耗时长，导致其不能大规模生产；相比之下，采用冷冻干燥和喷雾干燥方式解决了生产效率低下问题，
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于：针对现有技术的不足，提供一种制备三维多孔碳负载金属基纳米复合材料的制备方法，该制备方法产量高，效率高，合成原料选取范围广以及可回收。适合大规模产业化应用。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种制备三维多孔碳负载金属基纳米晶复合材料的方法，包括：
4、步骤一、将水溶性固体有机物碳源和水溶性无机盐模板溶于去离子水，其中有机碳源中碳原子与可溶性盐模板摩尔质量比1:3～4:1，使其混合溶解，得到溶液a；
5、步骤二、在溶液a中加入水溶性金属盐或金属酸盐作为负载金属基纳米材料的金属源，其中所述水溶性金属盐或金属酸盐中金属离子和所述水溶性固体有机物碳源中碳原子的摩尔比在1:1～1:50之间，得到溶液b；
6、步骤三、在溶液b中加入水溶性氮源、硫源、磷源、硒源中的零种、一种或几种作为非金属源，且非金属源中非金属原子与所述水溶性固体有机物碳源中碳原子摩尔比在1:1～1:50之间，使其溶解并得到溶液c；
7、步骤四、利用甲醇、乙醇、丙醇或乙二醇中的一种作为反向溶剂，反向溶剂与水溶液体积比1:2～25:1，将所得溶液c快速倒入搅拌中的反向溶剂中并继续搅拌，再进行真空抽滤并干燥处理，制得具有三维分层结构的前驱体粉末，标记为e；
8、步骤五、将前驱体粉末e置于管式炉中，在惰性气氛下，升温至650～800℃并保温一段时间，得到粉末f，将粉末f洗涤后干燥处理，制备得到三维多孔碳负载金属基纳米复合材料。
9、进一步的，所述步骤一中，所述水溶性固体有机物碳源是柠檬酸、柠檬酸铵、葡糖糖、蔗糖、乳糖、果糖、明胶、麦芽糖、苹果酸、酒石酸、草酸、草酸铵、乙酸铵中的一种或多种。所述水溶性无机盐模板是氯化钠、氯化钾、硫酸钠、硫酸钾、硅酸钠、硅酸钾、碳酸钠、碳酸钾中的一种或多种。
10、3.进一步的，所述步骤二中，所述水溶性金属盐或金属酸盐是偏钒酸铵、偏钒酸钠、偏钒酸钾、正钒酸钠、硫酸氧钒、草酸氧钒、四氯化钒、三氯氧钒水溶性钒盐或钒酸盐；硝酸铬、高氯酸铬、硫酸铬、氯化铬、铬酸钠、铬酸钾水溶性铬盐或铬酸盐；硫酸锰、硝酸锰、氯化锰、乙酸锰、锰酸钾、高锰酸钾水溶性锰盐、锰酸盐或高锰酸盐；硝酸铁、氯化铁、柠檬酸铁、乙酸铁、硝酸亚铁、氯化亚铁、硫酸铁、硫酸亚铁水溶性铁盐；硫酸钴、硝酸钴、氯化钴、醋酸钴、柠檬酸钴水溶性钴盐；硫酸镍、硝酸镍、氯化镍、醋酸镍、柠檬酸镍水溶性镍盐；硝酸铜、硫酸铜、氯化铜、乙酸铜、柠檬酸铜水溶性铜盐；氯化锌、硫酸锌、硝酸锌、氟硼酸锌、葡萄糖酸锌、乙酸锌水溶性锌盐；草酸铌铵、五氯化铌水溶性铌盐；钼酸铵、钼酸钠水溶性钼盐或钼酸盐；钨酸铵、钨酸钠水溶性钨盐或钨酸盐；氯化锡、氯化亚锡水溶性锡盐中的一种或几种。
11、进一步的，所述步骤三中，所述氮源为尿素、碳酸氢铵、碳酸铵、硫酸铵、硫酸氢铵中的一种或多种；所述硫源为硫化钠、硫化钾、硫脲、硫代硫酸钠、硫代苹果酸、硫化铵、硫化氢铵中的一种或多种；所述磷源为水溶性磷酸二氢盐、水溶性次亚磷酸盐中的一种或多种；所述硒源为硒氢化钠、二氧化硒中的一种或多种。
12、进一步的，按照盐与碳原子的摩尔比为(2.0-2.3):1的比例取用nacl和柠檬酸铵并取用四硫代钼酸铵或四水合七钼酸铵中的一种，将三种物质在去离子水中溶解并得到溶液c；将溶液c快速倒入搅拌中的反向溶剂中并继续搅拌，再进行真空抽滤并干燥处理，制得具有三维分层结构的前驱体粉末e。
13、进一步的，按照盐与碳原子的摩尔比为(2.0-2.3):1的比例取用nacl、乳糖和四水合七钼酸铵，将三种物质在去离子水中溶解并得到溶液c；将溶液c快速倒入搅拌中的反向溶剂中并继续搅拌，再进行真空抽滤并干燥处理，制得具有三维分层结构的前驱体粉末e。
14、进一步的，按照盐与碳原子的摩尔比为(2.0-2.3):1的比例取用nacl和柠檬酸铵并取用四水合七钼酸铵和氯化铵，将四种物质在去离子水中溶解并得到溶液c；将溶液c快速倒入搅拌中的反向溶剂中并继续搅拌，再进行真空抽滤并干燥处理，制得具有三维分层结构的前驱体粉末e。
15、进一步的，按照将(35-40)：(14-17)：(110-130)的质量配比取用c6h5o7(nh4)3、(ch3coo)3sb和nacl，溶于去离子水中制得溶液c；将溶液c快速倒入搅拌中的反向溶剂中并继续搅拌，再进行真空抽滤并干燥处理，制得具有三维分层结构的前驱体粉末e。
16、进一步的，步骤五中，将前驱体粉末e置于管式炉中，通入100～500ml/min流量的氩气作为载气，以1～10℃/min的升温速率升温至350～450℃，并保温0.1～3h，继续升温至650～800℃保温1～5h，得到粉末f，将粉末f洗涤后，在50～70℃的环境下干燥4～6h，制备得到三维多孔碳负载金属基纳米复合材料。
17、本本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种制备三维多孔碳负载金属基纳米晶复合材料的方法，包括：
2.如权利要求1所述的一种制备三维多孔碳负载金属基纳米复合材料的方法，其特征在于，所述步骤一中，所述水溶性固体有机物碳源是柠檬酸、柠檬酸铵、葡糖糖、蔗糖、乳糖、果糖、明胶、麦芽糖、苹果酸、酒石酸、草酸、草酸铵、乙酸铵中的一种或多种。所述水溶性无机盐模板是氯化钠、氯化钾、硫酸钠、硫酸钾、硅酸钠、硅酸钾、碳酸钠、碳酸钾中的一种或多种。
3.如权利要求1所述的一种制备三维多孔碳负载金属基纳米复合材料的方法，其特征在于，所述步骤二中，所述水溶性金属盐或金属酸盐是偏钒酸铵、偏钒酸钠、偏钒酸钾、正钒酸钠、硫酸氧钒、草酸氧钒、四氯化钒、三氯氧钒水溶性钒盐或钒酸盐；硝酸铬、高氯酸铬、硫酸铬、氯化铬、铬酸钠、铬酸钾水溶性铬盐或铬酸盐；硫酸锰、硝酸锰、氯化锰、乙酸锰、锰酸钾、高锰酸钾水溶性锰盐、锰酸盐或高锰酸盐；硝酸铁、氯化铁、柠檬酸铁、乙酸铁、硝酸亚铁、氯化亚铁、硫酸铁、硫酸亚铁水溶性铁盐；硫酸钴、硝酸钴、氯化钴、醋酸钴、柠檬酸钴水溶性钴盐；硫酸镍、硝酸镍、氯化镍、醋酸镍、柠檬酸镍水溶性镍盐；硝酸铜、硫酸铜、氯化
4.如权利要求1所述的一种制备三维多孔碳负载金属基纳米复合材料的方法，其特征在于，所述步骤三中，所述氮源为尿素、碳酸氢铵、碳酸铵、硫酸铵、硫酸氢铵中的一种或多种；所述硫源为硫化钠、硫化钾、硫脲、硫代硫酸钠、硫代苹果酸、硫化铵、硫化氢铵中的一种或多种；所述磷源为水溶性磷酸二氢盐、水溶性次亚磷酸盐中的一种或多种；所述硒源为硒氢化钠、二氧化硒中的一种或多种。
5.如权利要求1所述的一种制备三维多孔碳负载金属基纳米复合材料的方法，其特征在于，按照盐与碳原子的摩尔比为(2.0-2.3):1的比例取用NaCl和柠檬酸铵并取用四硫代钼酸铵或四水合七钼酸铵中的一种，将三种物质在去离子水中溶解并得到溶液C；将溶液C快速倒入搅拌中的反向溶剂中并继续搅拌，再进行真空抽滤并干燥处理，制得具有三维分层结构的前驱体粉末E。
6.如权利要求1所述的一种制备三维多孔碳负载金属基纳米复合材料的方法，其特征在于，按照盐与碳原子的摩尔比为(2.0-2.3):1的比例取用NaCl、乳糖和四水合七钼酸铵，将三种物质在去离子水中溶解并得到溶液C；将溶液C快速倒入搅拌中的反向溶剂中并继续搅拌，再进行真空抽滤并干燥处理，制得具有三维分层结构的前驱体粉末E。
7.如权利要求1所述的一种制备三维多孔碳负载金属基纳米复合材料的方法，其特征在于，按照盐与碳原子的摩尔比为(2.0-2.3):1的比例取用NaCl和柠檬酸铵并取用四水合七钼酸铵和氯化铵，将四种物质在去离子水中溶解并得到溶液C；将溶液C快速倒入搅拌中的反向溶剂中并继续搅拌，再进行真空抽滤并干燥处理，制得具有三维分层结构的前驱体粉末E。
8.如权利要求1所述的一种制备三维多孔碳负载金属基纳米复合材料的方法，其特征在于，按照将(35-40)：(14-17)：(110-130)的质量配比取用C6H5O7(NH4)3、(CH3COO)3Sb和NaCl，溶于去离子水中制得溶液C；将溶液C快速倒入搅拌中的反向溶剂中并继续搅拌，再进行真空抽滤并干燥处理，制得具有三维分层结构的前驱体粉末E。
9.如权利要求1所述的一种制备三维多孔碳负载金属基纳米复合材料的方法，其特征在于，步骤五中，将前驱体粉末E置于管式炉中，通入100～500mL/min流量的氩气作为载气，以1～10℃/min的升温速率升温至350～450℃，并保温0.1～3h，继续升温至650～800℃保温1～5h，得到粉末F，将粉末F洗涤后，在50～70℃的环境下干燥4～6h，制备得到三维多孔碳负载金属基纳米复合材料。
...【技术特征摘要】
1.一种制备三维多孔碳负载金属基纳米晶复合材料的方法，包括：
2.如权利要求1所述的一种制备三维多孔碳负载金属基纳米复合材料的方法，其特征在于，所述步骤一中，所述水溶性固体有机物碳源是柠檬酸、柠檬酸铵、葡糖糖、蔗糖、乳糖、果糖、明胶、麦芽糖、苹果酸、酒石酸、草酸、草酸铵、乙酸铵中的一种或多种。所述水溶性无机盐模板是氯化钠、氯化钾、硫酸钠、硫酸钾、硅酸钠、硅酸钾、碳酸钠、碳酸钾中的一种或多种。
3.如权利要求1所述的一种制备三维多孔碳负载金属基纳米复合材料的方法，其特征在于，所述步骤二中，所述水溶性金属盐或金属酸盐是偏钒酸铵、偏钒酸钠、偏钒酸钾、正钒酸钠、硫酸氧钒、草酸氧钒、四氯化钒、三氯氧钒水溶性钒盐或钒酸盐；硝酸铬、高氯酸铬、硫酸铬、氯化铬、铬酸钠、铬酸钾水溶性铬盐或铬酸盐；硫酸锰、硝酸锰、氯化锰、乙酸锰、锰酸钾、高锰酸钾水溶性锰盐、锰酸盐或高锰酸盐；硝酸铁、氯化铁、柠檬酸铁、乙酸铁、硝酸亚铁、氯化亚铁、硫酸铁、硫酸亚铁水溶性铁盐；硫酸钴、硝酸钴、氯化钴、醋酸钴、柠檬酸钴水溶性钴盐；硫酸镍、硝酸镍、氯化镍、醋酸镍、柠檬酸镍水溶性镍盐；硝酸铜、硫酸铜、氯化铜、乙酸铜、柠檬酸铜水溶性铜盐；氯化锌、硫酸锌、硝酸锌、氟硼酸锌、葡萄糖酸锌、乙酸锌水溶性锌盐；草酸铌铵、五氯化铌水溶性铌盐；钼酸铵、钼酸钠水溶性钼盐或钼酸盐；钨酸铵、钨酸钠水溶性钨盐或钨酸盐；氯化锡、氯化亚锡水溶性锡盐中的一种或几种。
4.如权利要求1所述的一种制备三维多孔碳负载金属基纳米复合材料的方法，其特征在于，所述步骤三中，所述氮源为尿素、碳酸氢铵、碳酸铵、硫酸铵、硫酸氢铵中的一种或多种；所述硫源为硫化钠、硫化钾、硫脲、硫代硫酸钠、硫代苹果酸、硫化铵、硫化氢铵中的一种或多种；所述磷源为水溶性磷酸二氢盐、水溶性次亚磷酸盐中的一种或多种；所述硒源为硒氢化钠、二氧化硒中的一种或多种。
5.如权利要求1所述的一种制备三维多孔碳负载金属基纳米复合材料的方法，其特征在于，按照盐与...
【专利技术属性】
技术研发人员：何春年，肖楠，陈彪，赵乃勤，陈伯超，齐梓佳，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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