[发明专利]一种利用激光热解快速大量制造优质金属/碳多孔复合材料的方法

说明书

本发明提供了一种利用激光热解快速大量制造优质金属/碳多孔复合材料的方法。本方法所用材料低廉，涉及水溶性酚醛树脂溶液、纳米金属氧化物、二氧化碳激光器，任意平整基底。本发明利用激光热解技术制备材料快速的优点，大大节约了时间成本，并且制备方法简单可行，同时节约了工业化的人力资源。此外制备所得的材料为高纯化的金属/碳多孔复合材料，几乎不含其它杂质。激光直写具有高度的精准性，可以制备各种功能化的图案。最后由于水溶性酚醛树脂溶液的流动性，可以将其制备到任意平整基底上，这极大程度的扩大了制得的多孔复合材料应用的领域。

技术领域

本发明涉及一种快速大量制造优质金属/碳多孔复合材料的方法，具体涉及用高分子水溶性酚醛树脂、纳米金属氧化物、二氧化碳激光器。

背景技术

锂离子电池已经成为各种便携式电子产品的主要电源。如今面对高性能储能装置日益增长的需求，锂离子电池高速发展。尽管其已经实现了较优的能量密度和循环寿命，然而在大型的能源应用方面，如新能源汽车仍受到诸多限制。在大规模的能源应用中，需要更优的能量性能，电池性能主要取决于电极材料和电催化剂。在阴极处发生的氧还原反应(ORR)由于反应速率过慢通常会限制整个电池系统的性能。铂(Pt)是ORR的催化剂并表现出优异的性能，然而Pt的高成本和稀缺性已经促使研究者们急需开发新的可替代Pt/C的非贵金属催化剂。然而，在酸性的条件下，无Pt催化剂的ORR活性相对较低，传统的制备非贵金属与碳复合材料的方法有步骤繁琐、金属掺杂分散性较差、催化ORR反应活性低、无法工业化大规模生产等问题。

本发明中，我们利用激光热解制备材料快速的优点，结合高纯度的碳前驱体酚醛树脂与非贵金属源纳米金属氧化物，高效地合成了金属/碳多孔复合材料。由于制备的多孔复合材料有着，高的导电性、大的比表面积、高度均一的金属分散性，使其具有优异的ORR反应催化活性。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用激光热解快速大量制造优质碳/金属多孔复合材料的方法。

本发明的技术方案：

一种利用激光热解快速大量制造优质金属/碳多孔复合材料的方法，步骤如下：

(1)水溶性酚醛树脂溶液与纳米金属氧化物搅拌混合均匀，纳米金属氧化物掺杂量占酚醛树脂溶液质量分数1％～50％；将混合后的溶液涂抹在平整的基底上；

(2)将涂有混合材料的基底于温度70～120℃条件下固化；

(3)将完全固化的材料置于二氧化碳激光器下，使用激光将其碳化，得到金属/碳多孔复合材料。

所述的纳米金属氧化物为纳米四氧化三姑、四氧化三铁、氧化钛、氧化锆、氧化铜或氧化银。

所述的二氧化碳激光器选用的激光直写速度为不大于4000mm/s、激光输出功率为不大于100％、频率为1～20KHZ；刻蚀掺杂了纳米金属氧化物的酚醛树脂后，即得到高纯度的金属/碳多孔复合材料。

涂抹在基底上的物质的厚度1～500μm。

本发明的有益效果：本发明利用激光热解材料快速的优点，为工业化大量快速制备低成本的金属/碳多孔复合材料提供了一种可行性方法。一、本发明缩短了材料制备时间，节约了时间成本。二、所用材料价格低廉，制备方法简单可行。三、制备所得的多孔复合材料高度纯化，几乎不含有任何杂质，金属分散性良好，即为高纯度的金属/碳多孔复合材料，具有大的比表面积、高效的导电性、良好的ORR催化活性。四、激光直写具有高度的灵活性，可直写任意功能化图案，满足各种实际需求。五、酚醛树脂溶液涂抹亦具有高度的灵活性，可以涂抹在任意平整的基底上，无论其是柔性或是刚性，如布料、玻璃、木材、金属、高分子材料等。

附图说明

图1是柔性金属/碳多孔复合材料示意图。

图中：1二氧化碳激光器；2金属/碳多孔复合材料；3酚醛树脂。