[发明专利]熔融盐法制备的核壳结构化合物及其制备方法

说明书

本发明公开了一种熔融盐法制备的核壳结构化合物，所述化合物包括金属化合物构成的核体，以及包裹核体的金属化合物构成的壳层，所述金属化合物包括但不限于通过熔融法制备的含有离子插层的碳化物、氧化物、硫化物、硒化物、锑化物、氮化物或磷化物。具体制备方法是：过渡金属化合物前驱体，在高温下分解，释放出气体在结构中形成空位，熔融状态下的金属盐嵌入到空位中形成离子插层，得到具有均匀多孔的结构的过渡金属化合物。制备工艺简单，无环境污染，由于产品在高温下合成，结晶度高，晶体结构规整，核壳结构的物质可以产生协同效应要比单层的物质性能更优。

技术领域

本发明属于材料技术领域，涉及一种在熔融盐中制备核壳结构化合物的方法，核壳结构化合物可用于法拉第准电容器，锂电，钠电的电极材料以及无酶葡萄糖传感器。

背景技术

随着全球对能源的需求量日益增大，并且人们对环境保护的意识逐渐增强，以往的能源将不再适应人们对清洁、高效、安全、经济的能源的要求，发展清洁绿色能源的将是现在发展的重中之重。熔融盐法是近年来发展起来的制备纳米材料的新方法。该方法所需原料廉价易得、制备过程简单、成本较低、产物晶型很好且产量高，能有效解决上述存在的问题。超级电容器作为传统电容器与电池之间的一种新型储能设备，既达到了电池的能量存储特性，又表现出电容器的功率特性，具有较高的能量密度，大的功率密度，能够快速充放电，以及长的循环寿命等优点。过渡金属元素是元素周期表中处于d区的一系列元素，价层轨道中存在未成对电子，因此具有与其他元素不同的理化性质。过渡金属氧化物有用作电极材料、用作催化剂以及气敏材料等用途。而过渡金属氧化物(如Co₃O₄、CuO、NiO、MnO₂等)由于具有与贵金属氧化物相似的核外电子结构，因此具有相似的赝电容性能，又比已经商业化的电极材料更为廉价易得，具有较高的比电容和能量密度且价格低廉、容易制备等优点。

目前，所使用的方法主要是共沉淀法，水热法，溶液凝胶法等方法，这些方法通常情况下步骤比较繁琐，耗用时间比较长，制备所需物质的成本比较高，且不环保。一般情况下低温状态下物质形成的结晶度不高，而通过高温熔融盐法形成的物质结晶度高，方法比较简单，绿色环保，成本低廉。

发明内容

本发明的目的是提供一种熔融盐法制备核壳结构金属化合物的方法。解决了常用方法制备过渡金属氧化物时，存在的工艺繁琐，成本高，结晶度不高的问题。

为了实现上述目的，本发明涉及的熔融盐法制备的核壳结构化合物，所述化合物包括金属化合物构成的核体，以及包裹核体的金属化合物构成的壳层，所述金属化合物包括但不限于通过熔融法制备的含有离子插层的碳化物、氧化物、硫化物、硒化物、锑化物、氮化物或磷化物。

本发明涉及的一种方案，熔融盐法制备的核壳结构化合物的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)核体金属化合物的制备：将过渡金属化合物前驱体和熔融盐混合，研磨，然后进行高温煅烧，冷却后，洗涤、干燥，得到含有离子插层的核体金属化合物；

(2)壳层金属化合物的制备：将步骤(1)所得的核体金属化合物以及过渡金属化合物前驱体和熔融盐经过研磨等处理，再进行煅烧，冷却后，洗涤、干燥，得到含有离子插层的壳层金属化合物；

或(2′)壳层金属化合物的制备：通过将步骤(1)所得的核体金属化合物，在高温下熔融盐熔融形成的盐浴中进行化学反应，例如，Fe₃O₄+尿素→Fe₂N₃+…、CoP+K₂Te→CoTe+…，将核体金属化合物表层转换为含有离子插层的壳层金属化合物，然后冷却、洗涤、干燥；

所述步骤(1)、(2)和(2′)中的反应温度大于等于过渡金属化合物前驱体的分解温度和熔融盐熔点两者中的高者。