[发明专利]金属氧化物/碳纳米管复合材料及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属氧化物/碳纳米管复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

材料、能源和信息是现代社会的支柱，也是新世纪所关心的主要问题。新材料的开发有可能成为新的经济增长点，在很大程度上决定或影响着一门产业的发展。

在过去的十几年中，有固定形貌的无机或有机纳米/微米结构不仅在电子、光学、力学等器件方面有巨大的潜在应用前景，而且由于其独特的性质对化学、物理学、电子学、光学、材料科学以及生物科学等领域的基础研究有着深远意义。这方面研究的另一个前沿领域是如何构筑具有新颖特性和功能的新奇复合结构材料。这类复合结构材料主要由纳米颗粒、纳米棒、纳米片等纳米结构单元结构自组装而成，通常具有新奇的物理、化学性质和巨大的潜在应用价值，因而倍受人们的关注。制备这种复合结构材料的主要方法有热还原和氧化法、定向生长法、自组装法、模板辅助生长法、无模板合成、水热法和湿化学法等。但简单、经济的可控合成复合结构材料仍然是一种挑战。

金属氧化物材料具有资源充足、环境友好和用途广泛等特点。例如，α-Fe₂O₃作为常温下最稳定的铁氧化物，在催化剂、颜料、磁性材料、光电材料、气体传感器和锂离子电池方面有着广泛的应用，在科学和工业技术上也有重要的意义。RuO₂，IrO₂，MnO₂，NiO_x，CoO_x，V₂O₅，SnO₂等过渡金属氧化物纳米材料则表现出很高的电容行为，可作为很有前途的超级电容器的电极材料。基于金属氧化物电极的超级电容器不仅利用电极/电解质界面上的双电层，而且利用这一界面上发生的高度可逆的快速氧化还原反应来储存能量，因而具有很高的法拉第准电容，可达到碳电极材料的10～100倍。

碳纳米管作为另一类重要的纳米材料，由于其具有很高的化学稳定性、很高的长径比、很强的机械强度、很高的比表面积和很高的导电性，因而在储能器件例如电容器和二次电池方面有广泛的应用前景。

基于金属氧化物与碳纳米管的复合纳米结构可以兼具金属氧化物和碳纳米管两者的优点，已表现出许多优异的性能，而成为纳米材料研究的一个热点领域。因此，开发一种简单、经济、适于大规模生产的金属氧化物/碳纳米管复合材料对于高性能锂离子电池、超级电容器等新型储能器件的发展具有非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种金属氧化物/碳纳米管复合材料及其制备方法。

本发明所提供的金属氧化物/碳纳米管复合材料按照包括以下步骤的方法制备：

a)在乙醇或以表面活性剂为溶质的乙醇溶液中分散碳纳米管得到溶液A；

b)在乙醇中溶解可溶性金属盐得到溶液B；

c)在所述溶液A中加入脲得到溶液C；

d)在所述溶液C中加入水，使水与乙醇的体积比为1∶25～1∶12.5，得到溶液D；

e)在所述溶液D中加入所述溶液B得到溶液E；

f)将所述溶液E在100-150℃回流2-20小时，得到金属氧化物/碳纳米管复合材料的前驱物；

g)将所述前驱物在隔绝氧气的环境中，从20-25℃按照1℃/分钟的速率加热到350℃-400℃，并保持1小时，得到金属氧化物/碳纳米管复合材料。