[发明专利]一种组分可调且具有蛋黄-蛋壳结构的金属氧化物纳米颗粒及其制备方法

说明书

本发明公开了一种组分可调且具有蛋黄‑蛋壳结构的金属氧化物纳米颗粒及其制备方法，属于先进纳米材料技术领域。该方法首先合成不同种类的金属‑单宁酸聚合物，再通过直接热转化的方法制备蛋黄‑蛋壳结构的金属氧化物纳米颗粒。该方法采用的原料(单宁酸)廉价易得、操作过程简单，制备方法普适性强，可用于制备多种不同组成、金属比例可调的蛋黄‑蛋壳结构的金属氧化物纳米颗粒。经本发明方法制得的金属氧化物纳米颗粒，具有高的比表面(10‑100m²/g)、丰富的晶间缺陷、良好的结晶程度、介孔的结构，在锂离子电池、传感、电催化、环境催化与吸附等领域有着巨大的应用前景。

技术领域

本发明属于先进纳米材料技术领域，涉及一种组分可调且具有蛋黄-蛋壳结构的金属氧化物纳米颗粒及其制备方法。

背景技术

具有蛋黄-蛋壳(yolk-shell)结构的金属氧化物纳米材料在催化、传感、环境修复、锂离子电池、电催化等领域展现出广阔的应用前景。相比于单金属氧化物纳米材料，由两种及以上不同种类的金属氧化物构成的金属氧化物复合材料往往展现出更优异的性能。

目前，共沉淀法是最常用的合成金属氧化物复合材料的方法，但由于同一条件下不同金属前驱物的水解速度迥异，很难制得组分可调的蛋黄-蛋壳结构多金属氧化物纳米颗粒。热分解金属-有机配合物可以合成不同种类的多孔单金属氧化物纳米颗粒，但是制备组分可调的、具有蛋黄-蛋壳结构的多组分金属氧化物纳米颗粒还是一个挑战，当前并没有适合的方法能够解决组分可调的问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种组分可调且具有蛋黄-蛋壳结构的金属氧化物纳米颗粒及其制备方法，该方法原料易得、操作简单、易操控，经该方法制得的金属氧化物纳米颗粒具有蛋黄-蛋壳结构且组分可调。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开的一种组分可调且具有蛋黄-蛋壳结构的金属氧化物纳米颗粒的制备方法，首先在弱碱性条件下，以单宁酸为有机配体，以过渡金属盐为前驱物，通过前驱物-有机配体的配位组装制备金属-单宁酸聚合物，然后通过在空气气氛中焙烧金属-单宁酸聚合物，制得组分可调且具有蛋黄-蛋壳结构的金属氧化物纳米颗粒；其中，通过改变过渡金属盐的种类及比例调节金属氧化物的组成，通过控制焙烧条件调节金属氧化物的结构。

具体地，一种组分可调且具有蛋黄-蛋壳结构的金属氧化物纳米颗粒的制备方法，包括以下步骤：

1)将两亲性嵌段共聚物F127、单宁酸溶解于水和乙醇的混合溶液中，调节pH值至8～9，再加入甲醛，搅拌12～24小时，制得混合溶液；

2)向混合溶液中加入新鲜制备的过渡金属盐前驱物水溶液，继续搅拌6～12小时后在70～100℃水热处理12小时，离心、收集产物并烘干，制得金属-单宁酸聚合物；

3)将金属-单宁酸聚合物在空气气氛中于300～600℃焙烧1～3小时，制得且具有蛋黄-蛋壳结构的金属氧化物纳米颗粒。

优选地，所述过渡金属盐为金属硝酸盐、金属氯化物、金属硫酸盐或金属醋酸盐。

优选地所述过渡金属盐为硝酸镍、醋酸锌、硝酸钴、硝酸锌、硝酸镍、硫酸铜、硫酸亚铁和氯化铁中的一种或几种。

优选地，步骤1)中，两亲性嵌段共聚物F127和单宁酸的质量比为1:1；水和乙醇的混合溶液中水和乙醇的体积比为6:1；甲醛和单宁酸的质量比为0.15:1。

优选地，步骤2)中，过渡金属盐前驱物水溶液是按照0.1g：2mL的用量比，将金属盐前驱物溶于水中制成；其中，金属盐和单宁酸的质量比为1:2。

优选地，当过渡金属盐前驱物为双金属盐前驱物或多金属盐前驱物时，构成双金属盐前驱物或多金属盐前驱物中的各个金属盐前驱物的质量相同。