[发明专利]一种具有孔隙结构的二氧化锡/碳/氮掺杂石墨烯复合材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种具有孔隙结构的二氧化锡/碳/氮掺杂石墨烯复合材料，其特征在于：所述复合材料包括内层的一维棒状二氧化锡/碳复合材料以及外层的氮掺杂石墨烯，其中，一维棒状二氧化锡/碳复合材料包括由锡基金属有机骨架化合物原位形成的超细纳米二氧化锡组成的纳米二氧化锡球颗粒、足够的预留膨胀空间以及导电碳壳；

所述锡基金属有机骨架化合物由含Sn²⁺的亚锡盐在有机羧酸和碱存在的条件下反应得到；

所述氮掺杂石墨烯通过水合肼与氧化石墨烯反应得到。

2.根据权利要求1所述的具有孔隙结构的二氧化锡/碳/氮掺杂石墨烯复合材料，其特征在于：所述二氧化锡/碳/氮掺杂石墨烯复合材料的尺寸大小为10-15μm。

3.根据权利要求1或2所述的具有孔隙结构的二氧化锡/碳/氮掺杂石墨烯复合材料，其特征在于：所述一维棒状二氧化锡/碳复合材料的尺寸大小为300-800nm。

4.根据权利要求1或2所述的具有孔隙结构的二氧化锡/碳/氮掺杂石墨烯复合材料，其特征在于：所述超细纳米二氧化锡晶粒大小为3-6nm纳米，所述二氧化锡球颗粒大小为150-300nm纳米。

5.根据权利要求1所述具有孔隙结构的二氧化锡/碳/氮掺杂石墨烯复合材料，其特征在于：复合材料中，碳和氮掺杂石墨烯的总含量为30wt％-50wt％，其中氮掺杂石墨烯为25wt％-40wt％，余量为二氧化锡。

6.根据权利要求1-5任一项所述具有孔隙结构的二氧化锡/碳/氮掺杂石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将有机羧酸和碱分散在溶剂中，加入含亚锡离子Sn²⁺的亚锡盐在20-100℃的温度下反应2-6h，经过滤、洗涤、60-80℃干燥后得到具有一维棒状结构的锡基金属有机骨架化合物；

(2)将得到的具有一维棒状结构的锡基金属有机骨架化合物在100-300℃，升温速率2-6℃的条件下进行预先热处理2-5h，使锡基金属有机骨架化合物进行部分分解同时维持一维棒状结构，得到中间体，然后将该中间体每0.1-0.3g分散在浓度为1-3mg/mL的氧化石墨水溶液90-120mL中，冷冻干燥；

(3)进一步进行热处理，在100-200℃密闭条件下，利用水合肼蒸汽还原氧化石墨得到氮掺杂石墨烯，然后在100-200℃开放的空气中继续保温1-3h，得到具有孔隙结构的二氧化锡/碳/氮掺杂石墨烯复合材料。

7.根据权利要求6所述具有孔隙结构的二氧化锡/碳/氮掺杂石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于：所述有机羧酸选自芳香羧酸、脂肪羧酸或氮杂环羧酸中的一种或几种；所述含Sn²⁺的亚锡盐选自氯化亚锡、硫酸亚锡或柠檬酸亚锡中的一种或几种。

8.根据权利要求6或7所述具有孔隙结构的二氧化锡/碳/氮掺杂石墨烯的制备方法，其特征在于：所述有机羧酸和亚锡离子Sn²⁺的摩尔比为1:1-2:1；所述溶剂为去离子水和/或乙醇。

9.根据权利要求6所述具有孔隙结构的二氧化锡/碳/氮掺杂石墨烯的制备方法，其特征在于：所述碱为NaOH、KOH、氨水中的一种或几种，加入碱直至体系pH值为7-8；

所述预先热处理过程在空气或氧气气氛下进行。

10.权利要求1-5任一项所述具有孔隙结构的二氧化锡/碳/氮掺杂石墨烯复合材料或权利要求6-9任一项所述制备方法所制备得到的具有孔隙结构的二氧化锡/碳/氮掺杂石墨烯复合材料的应用，其特征在于，将所述具有孔隙结构的二氧化锡/碳/氮掺杂石墨烯复合材料应用作为锂离子电池负极材料。