[发明专利]一种镍锡合金基纳米球结构复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种镍锡合金基纳米球结构复合材料及其制备方法，该材料是由部分石墨烯化的碳基质与镶嵌在其中的镍锡合金基纳米颗粒组成的纳米球结构。其制备步骤是先制备获得镍锡二元甘油酸盐纳米球材料，再以其为前驱物进行一步热处理制备得到镍锡合金基纳米球结构复合材料。本发明的方法思路新颖、操作简便、合成周期短、成本低廉，本发明制备出的镍锡合金基纳米球结构复合材料在锂电、钠电等储能领域具有很大的应用潜力。

技术领域

本发明属于无机纳米复合材料领域，尤其涉及一种镍锡合金基纳米球结构复合材料及其制备方法。

背景技术

有机无机配位杂合物(Organic-inorganic coordination complex)是由无机金属中心 (金属离子或金属簇)与桥连的有机物通过配位作用相互连接，形成的一类具有网络结构的晶态多孔材料。由于这类材料具有多孔、大比表面积、结构丰富多样及多金属位点等特点，它们已经在多个领域中得到了广泛的应用，如催化、传感器、光学、分子磁体与抗癌药物等。虽然金属配位杂合物在与能源相关的领域及应用方面已经得到了大量的研究，但是，以其作为模板/前驱物用于能源转化与储能设备的研究则少见报道。特别是以锡为金属源的有机无机配位杂合物，由于锡离子在水中极易水解产生沉淀，因此关于锡基有机无机配位杂合物的制备的报道十分稀少；此外，二元甚至多元金属配位杂合物，因其可能反应产物多样且复杂、反应条件不易控制等，关于二元甚至多元金属配位杂合物的可控制备的文献报道则更为少见。通过改变金属离子、有机配体和添加剂的种类及配比、反应温度与反应时间的调节，可以有效地改变制备得到的形貌，并可在尺寸上实现微纳米可控制备；将制备得到的具有特殊形貌的有机无机配位杂合物材料在惰性气体中一步高温热处理，无机金属中心会转化为金属单质或其化合物，而有机配体则会碳化，从而得到有碳层包覆的金属/金属氧化物复合材料。由于有机无机配位杂合物材料中无机金属中心及有机配体的规律性网络排列，热处理后的金属/ 金属化合物将会被碳层在低尺寸层面(数纳米)均匀地包覆，可以有效地避免纳米金属/金属化合物颗粒间的大范围团聚；此外，部分无机金属(如镍、钴等)在高温热处理过程中具有一定的催化性，能够有效地使无定型碳转化为石墨烯材料，进而改善碳材料的热稳定性及机械稳定性；另外，当以二元甚至多元金属配位杂合物为模板/前驱物时，热处理后得到的复合材料中可能得到更为丰富的多组分材料，这可能会在后续的性能测试中通过不同组分间的协同作用进一步改善复合材料的综合性能。因此，以有机无机配位杂合物材料为模板/前驱物热处理得到的复合材料不仅能够一步实现金属/金属化合物与碳材料间的有效均匀复合，而且制备得到的复合材料能够基本保持模板/前驱物的形貌，从而实现特殊形貌的设计及微纳米结构的可控制备，此外，采用二元甚至多元有机无机配位杂合物材料为模板/前驱物时甚至可以实现更为丰富的多组分复合材料的可控制备。

目前制备锡基化合物/碳复合材料的方法大多数为两步法，即先制备出锡基化合物纳米颗粒，再通过常温或高温的方法与有机物或碳材料复合，从而形成锡基化合物/碳复合材料或其前驱物，该方法步骤繁琐，操作复杂。

而本发明通过制备二元(镍、锡)有机无机配位杂合物材料，并以其为前驱物进行一步热处理制备得到锡基化合物/碳纳米复合材料，锡基化合物均匀地被碳层包覆；此外，由于镍的存在，在高温热处理过程中，一方面有效地催化无定型碳材料，提升碳材料的石墨化程度，另一方面与锡形成较为罕见的Ni₃Sn₄合金，进而形成主体为Ni₃Sn₄基的复合材料。因此，这是一种操作简便且快速制备锡基化合物/碳纳米复合材料的方法。

发明内容

针对上述不足，本发明提供一种操作简单、成本低廉、具有一定石墨化程度的碳层包覆的镍锡合金基纳米球结构复合材料及其制备方法。该方法是一种以镍盐、锡盐、甘油和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为原料制备镍锡合金基纳米球结构复合材料的方法，特别是一种方案新颖、操作简便、合成周期短、成本低廉的制备镍锡合金基纳米球结构复合材料的方法。