[发明专利]利用离子液体制备金属/碳气凝胶复合纳米材料的方法

说明书

本申请提供了一种利用离子液体制备金属/碳气凝胶复合纳米材料的方法，涉及复合纳米材料制备技术领域，包括以下步骤：取间苯二酚、甲醛、离子液体和无机金属盐，溶解于水中，取碳酸钾溶液缓慢加入到混合溶液中，移入反应釜并放入鼓风干燥箱中进行溶胶‑凝胶反应，得到有机湿凝胶，干燥，得到干凝胶，高温热解，降温后取出，氧化处理，即可制备得到金属/碳气凝胶复合材料。该方法弥补现有技术中未利用离子液体设计合成高负载量的碳气凝胶材料的不足，过程简单，容易操作，该材料复合量大，复合均匀，可用于超级电容器材料、电池电极材料、催化剂及催化剂载体材料、气体吸附材料及其它纳米科技相关领域，具有较高的社会效益。

技术领域

本发明属于复合纳米材料制备技术领域，具体涉及一种利用离子液体制备金属/碳气凝胶复合纳米材料的方法。

背景技术

碳气凝胶是由小间隙孔（<50nm）互连的纳米尺寸颗粒（3-30nm）组成的独特的多孔材料。这种单片（连续）结构导致其具有非常大的表面积（400-1100m²/g）和高导电率（25-100S/cm）。气凝胶的化学成分，微结构和物理性能可以实现纳米尺度控制，产生独特的光学，热学，声学，机械和电学性能。

与传统的无机气凝胶(如硅气凝胶)相比，碳气凝胶具有许多优异的性能和更加广阔的应用前景。碳气凝胶具有比表面积大、密度变化范围广等特点，是制备双电层电容器理想的电极材料。碳气凝胶是唯一具有导电性的气凝胶，可用于超级电容器的电极材料。有机气凝胶及碳气凝胶具有生物机体相容性，使得其可用于制造人造生物组织、人造器官及器官组件、医用诊断剂及胃肠外给药体系的药物载体。由于碳气凝胶的组成元素(碳)原子序数低，因而用于Cerenkov探测器时优于硅气凝胶材料。

近些年伴随纳米科技的快速发展，具有纳米结构的功能碳材料研究非常活跃，而碳气凝胶就是其中一种新型的多孔碳材料。

为了优化碳气凝胶的结构和性能，通常通过掺杂、复合、自组装技术制备碳气凝胶。碳气凝胶的应用广泛，如超级电容器、电池电极材料、催化剂及载体、气体吸附等等。

但本申请发明人在实现本申请实施例中的技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：

（1）碳气凝胶复合材料的制备通常都是通过将有机气凝胶浸渍于金属盐溶液中来制备，但是这种方法制备的材料金属颗粒易团聚，均匀性不好，使得金属或其氧化物不能均匀的分布在材料表面，导致材料的活性（性能）下降；

（2）文献中也有很多用溶胶凝胶法制备碳气凝胶的报道，但是通过直接溶胶凝胶的方法不能制备出较高的金属负载量的碳气凝胶。

近年来，离子液体作为一种新的绿色介质展现出独特的物理化学性质和潜在的应用价值而受到越来越多的关注。离子液体，也称为低温熔融盐，一般由有机阳离子和无机阴离子组成且在低温(＜100℃) 下呈液态。

离子液体具有很多特殊的性质，如良好的热稳定性和化学稳定性、较低的熔点、高的离子导电性、良好的溶解性、可忽略的蒸气压、优异的加工性以及较强的结构设计性等。离子液体在水溶液中特殊的聚集性能、较强的溶解能力以及本身的高密度电荷会影响它和无机前驱体间的相互作用，表现出其特殊的介质和模板作用。同时，离子液体可以通过改变其阴阳离子或侧链官能团的种类调节其物理化学性质。这种“可设计”性为多孔碳基材料的制备带来新的契机。并且，离子液体不仅起到模板作用，离子液体的加入会增加金属在碳基多孔材料上的复合量。