[发明专利]多孔金属氧化物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多孔金属氧化物及其制备方法，更具体地，本发明涉及具有容易控制的颗粒形状以及形状和分布可调整的孔隙的多孔金属氧化物及其制备方法。

背景技术

在能量领域，使用多孔金属氧化物作为电极材料。一般地，电极材料必须具有良好的电子导电性和良好的离子导电性，同时离子导电性通常低于电子导电性。然而，在多孔性电极材料中，由于离子可以递送到多孔金属氧化物颗粒的内部，所以离子移动的距离能够大大地缩短。同时，纳米材料可具有与多孔电极材料类似的作用，但是由于纳米材料颗粒之间的接触电阻高，难以制备由纳米材料构成的电极，所以纳米材料的实际应用是困难的。

用作电极材料的多孔金属氧化物的实例包括用作锂二次电池的阴极材料的MnO₂，LiCoO₂，LiNiO₂，及LiCo_1/3Ni_1/3Mn_1/3O₂。在电化学电容器中，采用RuO₂、NiO等作为伪电容(pseudocapacitance)材料。此外，多孔金属氧化物还可用作固体氧化物燃料电池(氧化镍或氧化钴)、熔融碳酸盐燃料电池、硼氢化物燃料电池或染料敏化的太阳能电池(氧化钛)的电极材料。

这类多孔金属氧化物大部分是利用烧结法或模板法制备的。烧结是制备多孔金属氧化物最常用的方法，尽管其难于制备粉末形式的多孔金属氧化物。为了使多孔金属氧化物以预定的形状成型，必须进行压模。US 6689716公开一种利用粘结剂混合和成型金属嵌体并热处理该混合物进而制备多孔氧化物的方法，及US 6846410公开一种通过喷雾热解和烧结制备多孔粉末的方法。然而，利用这些方法，仅可以得到球形的多孔粉末。韩国专利申请公开第2002-88143号公开一种制备多孔氧化物的方法，其中在烧结ZnO与其它金属氧化物的混合物之后，通过化学方法选择性地除去ZnO，但是利用该方法仍然难于制备粉末状的多孔金属氧化物。

模板法常用于制备具有直径为50nm或更小的中孔的多孔材料。然而，模板法的加工成本高，且规模生产困难。US 5958367公开一种制备多孔氧化物的方法，其利用具有长链的表面活性剂作为模板，并通过热处理将该模板转化成孔隙。以该方法制备的多孔氧化物的孔径为约2～10nm。US 6558847公开一种制备多孔金属氧化物的方法及采用该多孔金属氧化物的二次电池，该多孔金属氧化物的孔隙具有0.5～20nm的直径，并且沿一个方向排列。

发明内容

本发明提供一种制备多孔金属氧化物的方法，其中可以容易地控制多孔金属氧化物的颗粒，而且可以调整其孔隙的形状和分布。

本发明还提供利用上述方法制备的多孔金属氧化物。

根据本发明的一个方面，提供一种制备多孔金属氧化物的方法，该方法包括热处理配位聚合物。

所述热处理可包括：惰性气氛下的第一热处理过程；及含氧气氛下的第二热处理过程。

第一热处理过程的温度可以为300℃至配位聚合物中所包含的主要金属的熔点。

该配位聚合物可以是具有下面式1所示的单元结构的化合物：

<式1>

M_xL_yS_z

式中M为至少一种选自下列的金属：过渡金属，13族金属，14族金属，15族金属，镧系元素，及锕系元素；L为与至少两个金属离子同时形成离子键或共价键的多齿配位体；S为与一个金属离子形成离子键或共价键的单齿配位体；及当能与金属离子结合的L的官能团数为d时，x、y和z是满足yd+z≤6x的整数。

根据本发明的另一方面，提供一种多孔金属氧化物，其具有多边形的形状以及平均直径为10nm或更大的孔隙。

孔隙的平均直径可以为20～100nm。

多孔金属氧化物的颗粒可以是针状或片状。

附图说明

通过参照附图详述其示例性实施方案，本发明的上述及其它特征和优点将会更加明了，在附图中：

图1是在根据本发明实施方案的实施例1中制备的配位聚合物的扫描电子显微镜(SEM)照片；

图2是在根据本发明实施方案的实施例1中制备的碳-镍复合物的SEM照片；

图3a和3b是在根据本发明实施方案的实施例1中制备的多孔性氧化镍的SEM照片；

图4是在根据本发明实施方案的实施例1中制备的多孔性氧化镍的XRD图；