[发明专利]具有中空海胆状结构的复合金属氧化物、其制法与应用

说明书

本发明公开了一种具有中空海胆状结构的复合金属氧化物、其制法与应用。所述的制法包括：将含金属元素的化合物和还原剂于溶剂中均匀混合，并在压力为1～30Pa、温度为0℃～200℃的条件下反应不超过50h，之后将所获产物在0℃～450℃条件下退火，形成所述具有中空海胆状结构的复合金属氧化物。本发明具有中空海胆状结构的复合金属氧化物的形貌及粒径均一性好、比表面积大、热稳定性能优良，且制备工艺简单、操作方便、产品成本低、可控性好、没有环境污染、重复性好、易实现大规模工业生产。藉由本发明具有中空海胆状结构复合金属氧化物形成的柔性超级电容器和硫化氢气体传感器等器件的工作性能均得到了显著改善。

技术领域

本发明具体涉及一种具有中空海胆状结构的复合金属氧化物、其制法与应用，例如在制备柔性超级电容器、硫化氢气体传感器中的用途。

背景技术

设计和控制合成具有特殊形貌的微纳米材料是当前材料科学领域及人类社会不断前进发展的驱动力，其中，具有中空结构复合金属氧化物材料因其具有密度低、比表面积大、表面渗透性好等优点，通过对各组分的种类、材料的形貌、尺寸和结构等调控，实现在微纳米尺寸实现对材料结构和性能的设计及优化，目前已经成为目前新材料领域的一个研究热点，在众多领域都有着广阔的应用前景。例如：一方面，随着柔性电子设备的高速发展，对高性能柔性储能器件-柔性超级电容器的需求越来越得到重视，但是，现有技术中的柔性电子设备受电极材料(尤其是金属氧化物，如氧化镍、氧化钴、二氧化锰等)的比电容值及能量/功率密度低、电导率与热稳定性差，及材料合成工艺复杂等缺点制约，难以满足实际需求。

另一方面，硫化氢是一种超剧毒的物质，即使稀的硫化氢也对呼吸道和眼睛有刺激作用，并引起头痛，浓度达1mg/L或更高时，对生命有危险，因此低溶度硫化氢的检测，对保护人民身体健康和提高生活质量有重要意义和价值。现有技术中，常见的基于金属氧化物的半导体气体传感器和电化学传感器等还有许多问题有待解决，如灵敏度不够高、选择性差、工作温度高而导致功耗高等现实问题，往往达不到硫化氢检测的精度要求。因此，研究如何制备形貌、粒径可控、结构特殊的中空结构复合金属氧化物材料，对于拓展其功能性的应用具有重大意义。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种具有中空海胆状结构的复合金属氧化物、其制法与应用，以克服现有技术中的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种具有中空海胆状结构的复合金属氧化物的制法，其包括：将含金属元素的化合物和还原剂于溶剂中均匀混合，并在压力为1～30Pa、温度为0℃～200℃的条件下反应不超过50h，之后将所获产物在0℃～450℃条件下退火，获得所述具有中空海胆状结构的复合金属氧化物。

在一些较佳实施方案中，所述的制法包括：将含金属元素的化合物和还原剂于溶剂中混合，并使形成的混合反应液在压力为1～30Pa(优选为5～20Pa，尤其优选为10～15Pa)、温度为25～200℃(优选为120～180℃，尤其优选为150～170℃)的条件下持续反应1～10h(优选为2～8h，尤其优选为3～5h)，并经100～450℃(优选为200～420℃，尤其优选为300～400℃)退火0.5～3h(优选为1～3h，尤其优选为2～2.5h)处理，形成所述具有中空海胆状结构的复合金属氧化物。

进一步的，所述含金属元素的化合物包括无机盐和/或金属氢氧化物。

进一步的，所述还原剂包括氨水、葡萄糖、维生素C、尿素、脲、硼氢化钠、水合肼、对苯二铵、1-丁基-3-甲基咪唑溴盐、1-乙基-1-甲基吡咯烷氯盐中的任意一种或两种以上按任意比例的组合，且不限于此。

进一步的，所述溶剂包括水，且不限于此。

本发明实施例还提供了由前述方法制备的具有中空海胆状结构的复合金属氧化物。