[发明专利]一种自支撑三维微纳结构二硅酸锂复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种自支撑三维微纳结构二硅酸锂复合材料及其制备方法和应用，属于无机微纳米材料技术领域。所述自支撑三维微纳结构二硅酸锂复合材料包括碳布、二硅酸锂；二硅酸锂附着在碳布的碳纤维表面。通过向LiOH·H₂O和正硅酸四乙酯的混合水溶液中加入碳布进行水热反应得到。本发明利用碳布调控二硅酸锂的形貌，使制备得到的自支撑三维微纳结构二硅酸锂复合材料尺寸均匀，负载程度优异；提高了自支撑三维微纳结构二硅酸锂复合材料作为功能性吸附材料的吸附性能。

技术领域

本发明涉及无机微纳米材料技术领域，特别是涉及一种自支撑三维微纳结构二硅酸锂复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

二硅酸锂(Li₂Si₂O₅)因其优异的物理化学、光学和力学性能、良好的热稳定性等特性普遍被作为结构材料来研究，比如用作生物医学材料——全瓷牙科二硅酸锂微晶玻璃材料等。而针对功能型二硅酸锂材料的深入研究报道较少，影响了二硅酸锂在更多领域的发展。

目前，现有技术用于制备自支撑三维微纳结构二硅酸锂的方法主要有固相反应烧结法、沉淀法、溶胶-凝胶法等。这些工艺往往表现出后期反应动力不足的固有缺陷，导致合成的自支撑三维微纳结构二硅酸锂存在负载性差，形貌难以控制的问题，进一步导致二硅酸锂作为功能材料在环境吸附材料等领域的应用受限。并且现有技术用于制备自支撑三维微纳结构二硅酸锂复合材料的基底多采用泡沫镍或活性炭，然而泡沫镍自身易受腐蚀，活性炭回收成本高、易造成二次腐蚀，影响了二硅酸锂作为功能材料在环境吸附材料等领域的应用。

因此，开发一种简单有效的制备自支撑三维微纳结构二硅酸锂复合材料的方法，解决二硅酸锂负载性差，形貌难以控制的问题，使其更适宜作为功能材料应用于环境吸附材料等领域，对于本领域技术人员将具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种自支撑三维微纳结构二硅酸锂复合材料及其制备方法和应用，以解决二硅酸锂负载性差，形貌难以控制的问题，使其更适宜作为功能材料应用于环境吸附材料等领域。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明技术方案之一，一种自支撑三维微纳结构二硅酸锂复合材料，包括碳布、二硅酸锂；

所述二硅酸锂附着在所述碳布的碳纤维表面；

所述二硅酸锂的负载量为59-81mg/cm²。

本发明技术方案之二，上述自支撑三维微纳结构二硅酸锂复合材料的制备方法，包括以下步骤：

向LiOH·H₂O和正硅酸四乙酯的混合水溶液中加入碳布进行水热反应，得到所述自支撑三维微纳结构二硅酸锂复合材料。

进一步地，所述LiOH·H₂O和正硅酸四乙酯的混合水溶液中Li:Si的摩尔比为0.8～1.2。

进一步地，所述LiOH·H₂O和碳布的用量比为0.5-1g:1cm²。

进一步地，所述碳布为处理后碳布，具体处理方式为：将碳布置于无水乙醇中超声处理，洗涤，之后置于硝酸中静置，洗涤。

进一步地，所述硝酸为2～6mol/L硝酸。

硝酸处理的目的是为了去除碳布表面环境污染物、对碳布起到活化作用，有利于二硅酸锂的均匀生长，提高二硅酸锂的负载量，并使二硅酸锂与碳布结合更加紧密。硝酸浓度过高会造成环境污染，提高成本，硝酸浓度过低会无法达到去除杂质、活化碳布的目的，因此本发明优选硝酸浓度为2～6mol/L。

进一步地，所述水热反应具体为：100～180℃反应6～10h。