[发明专利]二茂铁复合的碳基纳米材料及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种二茂铁复合的碳基纳米材料及其制备方法与应用，包括：将碳基纳米原料、二茂铁化合物、乙基甘氨酸按一定比例混合，在有机溶剂中加热反应一段时间，制备出碳基纳米材料复合物；对碳基纳米材料复合物进行分离，得到二茂铁复合的碳基纳米材料。本发明设计合理，其将二茂铁官能团复合到碳基纳米材料表面，所制得的二茂铁复合的碳基纳米材料结构稳定，二茂铁官能团和富勒烯或碳纳米管之间以共价键连接，化学稳定性较高，并且二茂铁复合的碳基纳米材料可用作锂电池负极材料，可提高锂电池的比容量和循环性能等，可广泛用于锂电池领域。

技术领域

本发明属于碳基纳米材料技术领域，尤其是一种二茂铁复合的碳基纳米材料及其制备方法与应用。

背景技术

碳基纳米材料包括富勒烯、碳纳米管、石墨烯、碳量子点、石墨炔等几个大类，每个种类下面又囊括各种各样的精细结构。这些碳基纳米材料带来了丰富的物理、化学和生物学性质，已在多个领域取得应用。新型碳基纳米材料的研制依然是前沿科学的热点，其中一个重要途径是对材料进行修饰改性，修饰改性将有助于调控材料的轨道能级、氧化电子能力、溶解度、导电导热能力、电子迁移率等，进而表现出更好的性质并取得更好的应用。

碳材料一直是锂电池负极的重要组成部分，例如炭黑和石墨。锂电池负极材料在锂电池中起储存和释放能量的作用，主要影响锂电池的首次效率、循环性能等。为了提高锂电池的比容量、倍率性能和循环性能等，碳基纳米材料具有重要的利用价值。例如纳米结构对锂的存储能力具有较大改善。目前，碳基碳纳米材料在锂电池负极材料应用上还存在很多技术问题，需要进行进一步的修饰改性以获得更好的应用。例如，碳基纳米材料容易团聚，在稳定性方面有待改进。

综上所述，如何改善碳基纳米材料的稳定性以增加锂离子的存储容量并应用于锂电池负极材料是目前迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种二茂铁复合的碳基纳米材料及其制备方法与应用，能够有效改善碳基纳米材料的稳定性、增加锂离子的存储容量并应用于锂电池负极材料。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种二茂铁复合的碳基纳米材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、将碳基纳米原料、二茂铁化合物、乙基甘氨酸按一定比例混合，在有机溶剂中加热反应一段时间，制备出碳基纳米材料复合物；

步骤2、对步骤1制得的碳基纳米材料复合物进行分离，得到二茂铁复合的碳基纳米材料。

进一步，所述碳基纳米原料为富勒烯或碳纳米管。

进一步，所述富勒烯为为或；所述碳纳米管为单壁碳管、双壁碳管或多壁碳管；所述二茂铁化合物为二茂铁甲醛或二茂铁乙醛。

进一步，所述碳基纳米原料、二茂铁化合物、乙基甘氨酸混合比例如下：

当碳基纳米原料为富勒烯时，富勒烯、二茂铁化合物、乙基甘氨酸按摩尔比1:1:1混合，富勒烯在有机溶剂中的摩尔浓度在到之间；

当碳基纳米原料为碳纳米管时，碳纳米管、二茂铁化合物、乙基甘氨酸按质量比1:20:10混合，碳纳米管在有机溶剂中的质量浓度在到之间。

进一步，所述有机溶剂为甲苯、二甲苯、氯苯、二氯苯中的至少一种。

进一步，所述加热反应时的温度在100℃到150℃之间，加热反应时间为2小时到6小时。

进一步，所述分离方法包括柱色谱分离方法、高效液相色谱分离方法和离心分离方法；针对富勒烯基复合物采取色谱分离方法或高效液相色谱分离方法，针对碳纳米管基复合物采取离心分离方法。

一种二茂铁复合的碳基纳米材料，采用权利要求1至权利要求7任一项所述制备方法制备得到的碳基纳米材料。