本發(fā)明涉及功能材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種多孔材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

多孔材料是一種具有獨特形貌的材料，廣泛地應(yīng)用于吸附與分離、催化、離子交換、微納米反應(yīng)器等眾多領(lǐng)域。一般來講，多孔材料的合成方法主要為模板法合成，分為軟模板法和硬模板法。硬模板法主要用預先制備好的多孔材料為基體，將模板去除后得到多孔材料。軟模板法合成多孔材料通常是通過目標前驅(qū)物和軟模板劑自組裝實現(xiàn)的。2004年Liang等合成出了具有高度有序介觀結(jié)構(gòu)的介孔碳，采用兩嵌段共聚物做表面活性劑，間苯二酯甲酸為碳前驅(qū)體制備得到。此外，Liang還提出了軟模板法合成的機理，成為介孔碳合成中重要的里程碑。Gao等利用介孔SBA-15為模板首次合成了除去模板后仍可以自支撐的有序介孔材料，具有高度晶化結(jié)構(gòu)。

現(xiàn)有技術(shù)中無論是采用軟模板法還是硬模板法制備多孔材料，制備方法都比較復雜，限制了多孔材料的應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種多孔材料及其制備方法和應(yīng)用，本發(fā)明提供的多孔材料制備方法工藝簡單、操作簡便，適于大規(guī)模生產(chǎn)多孔材料。

本發(fā)明提供了一種多孔材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將電紡溶液進行靜電紡絲，形成納米線，所述電紡溶液包括粘結(jié)劑、鋁鹽和錫鹽；

(2)將納米線進行煅燒，得到氧化物納米線；

(3)將氧化物納米線中的Al₂O₃去除，得到多孔材料。

優(yōu)選的，所述粘結(jié)劑包括：

N,N-二甲基甲酰胺、醇類化合物和聚乙烯吡咯烷酮。

優(yōu)選的，所述靜電紡絲過程中采用的注射器的針頭型號為16～22G。

優(yōu)選的，所述鋁鹽為硝酸鋁或氯化鋁。

優(yōu)選的，所述錫鹽為氯化亞錫或辛酸亞錫。

優(yōu)選的，所述煅燒的溫度為350～650℃。

優(yōu)選的，所述步驟(1)形成納米線后還包括：

將納米線烘烤后煅燒，得到氧化物納米線。

優(yōu)選的，所述步驟(3)具體為：

將氧化物納米線和堿性溶液混合去除其中的Al₂O₃，得到多孔材料。

本發(fā)明提供了一種上述技術(shù)方案所述的方法制備得到的多孔材料，所述多孔材料為SnO₂多孔材料。

本發(fā)明提供了一種上述技術(shù)方案所述的多孔材料在儲能和催化領(lǐng)域的應(yīng)用。

本發(fā)明提供的多孔材料的制備方法通過靜電紡絲法制備含有SnO₂和Al₂O₃的納米線，然后將納米線中的Al₂O₃去除，得到造孔的效果，這種多孔材料的制備方法工藝簡單、操作簡便，適宜大規(guī)模生產(chǎn)。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例1制備得到的氧化物納米線的SEM圖；

圖2為本發(fā)明實施例1制備得到的多孔材料的SEM圖；

圖3為本發(fā)明實施例1制備得到的多孔材料的XRD圖；

圖4為本發(fā)明實施例2制備得到的氧化物納米線的SEM圖；

圖5為本發(fā)明實施例2制備得到的多孔材料的SEM圖。

具體實施方式

下面將對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員經(jīng)改進或潤飾的所有其它實例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

本發(fā)明提供了一種多孔材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將電紡溶液進行靜電紡絲，形成納米線，所述電紡溶液包括粘結(jié)劑、鋁鹽和錫鹽；

(2)將納米線進行煅燒，得到氧化物納米線；

(3)將氧化物納米線中的Al₂O₃去除，得到多孔材料。

本發(fā)明將電紡溶液進行靜電紡絲，形成納米線，所述電紡溶液包括粘結(jié)劑、鋁鹽和錫鹽。在本發(fā)明中，粘結(jié)劑優(yōu)選包括N,N–二甲基甲酰胺、醇類化合物和聚乙烯吡咯烷酮。在本發(fā)明中，醇類化合物優(yōu)選為無水醇類化合物。在本發(fā)明中，醇類化合物優(yōu)選為碳原子數(shù)為1～4的醇類化合物，更優(yōu)選為乙醇。在本發(fā)明中，錫鹽優(yōu)選為可溶性錫鹽，更優(yōu)選為氯化亞錫或辛酸亞錫。在本發(fā)明中，鋁鹽優(yōu)選為可溶性鋁鹽，更優(yōu)選為硝酸鋁或氯化鋁。

在本發(fā)明中，N,N-二甲基甲酰胺和醇類化合物的體積比優(yōu)選為1：(0.5～2)，更優(yōu)選為1：(0.5～1.6)，最優(yōu)選為1：(0.8～1.2)。在本發(fā)明中，聚乙烯吡咯烷酮的質(zhì)量和錫鹽的質(zhì)量比優(yōu)選為(3～1)：(1～3)，更優(yōu)選為(2～1)：(1～2)。本發(fā)明對聚乙烯吡咯烷酮和鋁鹽的用量沒有特殊的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)錫鹽的用量調(diào)節(jié)聚乙烯吡咯烷酮的用量，并根據(jù)需要得到的多孔材料中的孔含量調(diào)節(jié)鋁鹽的用量。

在本發(fā)明中，電紡溶液的制備方法優(yōu)選為：

將粘結(jié)劑、鋁鹽和錫鹽混合，得到電紡溶液。

在本發(fā)明中，電紡溶液的制備方法更優(yōu)選為：

將N,N-二甲基酰胺和醇類化合物混合，得到第一混合液；

將第一混合液和聚乙烯吡咯烷酮混合，得到第二混合液；

將第二混合液和錫鹽混合，得到第三混合液；

將第三混合液和鋁鹽混合，得到電紡溶液。

本發(fā)明對混合沒有特殊的限制，優(yōu)選在攪拌的條件下混合。在本發(fā)明中，得到第二混合液的混合時間優(yōu)選為10～15小時，更優(yōu)選為12～3小時。在本發(fā)明中，得到第三混合液的混合時間優(yōu)選為1～3分鐘，更優(yōu)選為2分鐘。在本發(fā)明中，得到電紡溶液的混合時間優(yōu)選為1.5～2.5小時，更優(yōu)選為2小時。

本發(fā)明對靜電紡絲的方法沒有特殊的限制，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的靜電紡絲的技術(shù)方案即可，具體過程為：

將電紡溶液倒入靜電紡絲裝置的注射泵的注射器內(nèi)，由注射泵以一定速率推進電紡溶液，同時直流電源接在注射器針頭處進行電紡，電紡絲線被收集在接收板(如銅板)上，電紡一段時間后即可將電紡絲線從接收板上剝離。

在本發(fā)明中，靜電紡絲過程中采用的注射器的容積優(yōu)選為5～20mL，更優(yōu)選為8～16mL，最優(yōu)選為10～14mL。在本發(fā)明中，靜電紡絲過程中采用的注射器的針頭型號優(yōu)選為16～22G，更優(yōu)選為18～20G。在本發(fā)明中，靜電紡絲優(yōu)選采用高壓直流電源。在本發(fā)明中，靜電紡絲過程中連接針頭的正電壓優(yōu)選為13～25KV，更優(yōu)選為16～22KV，最優(yōu)選為18～20KV。在本發(fā)明中，靜電紡絲過程中連接接收板的負電壓優(yōu)選為-5～-1KV，更優(yōu)選為-4～-2KV，最優(yōu)選為-3KV。在本發(fā)明中，靜電紡絲過程中針頭與接收板之間的距離優(yōu)選為12～20cm，更優(yōu)選為14～18cm，最優(yōu)選為15～16cm。

得到納米線后，本發(fā)明將納米線進行煅燒，得到氧化物納米線。在本發(fā)明中，煅燒優(yōu)選在還原性氣氛中進行。在本發(fā)明中，還原性氣氛優(yōu)選為惰性氣體和氫氣的混合氣氛。在本發(fā)明中，煅燒的溫度優(yōu)選為350～650℃，更優(yōu)選為400～600℃，更優(yōu)選為450～550℃，最優(yōu)選為480～520℃。

在本發(fā)明中，形成納米線后優(yōu)選將納米線進行烘烤，以去除其中的溶劑和水分，再進行煅燒，得到氧化物納米線。在本發(fā)明中，烘烤的溫度優(yōu)選為50～100℃，更優(yōu)選為60～90℃，最優(yōu)選為70～80℃。在本發(fā)明中，烘烤的時間優(yōu)選為5～15小時，更優(yōu)選為8～12小時，最優(yōu)選為9～11小時。在本發(fā)明中，優(yōu)選將納米線以1～30℃/分的速度從烘烤溫度升溫至煅燒溫度進行煅燒，更優(yōu)選為5～25℃/分，更優(yōu)選為10～20℃/分，最優(yōu)選為14～16℃/分。

得到氧化物納米線后，本發(fā)明將氧化物納米線中的Al₂O₃去除，得到多孔材料。在本發(fā)明中，優(yōu)選將氧化物納米線和堿性溶液混合，去除其中的Al₂O₃，得到多孔材料。在本發(fā)明中，堿性溶液的濃度優(yōu)選為0.01～1mol/L，更優(yōu)選為0.05～0.8mol/L，更優(yōu)選為0.1～0.6mol/L，更優(yōu)選為0.2～0.5mol/L，最優(yōu)選為0.3～0.4mol/L。在本發(fā)明中，堿性溶液優(yōu)選為NaOH溶液。在本發(fā)明中，混合的時間優(yōu)選為1～10小時，更優(yōu)選為2～8小時，更優(yōu)選為3～6小時，最優(yōu)選為4～5小時。

在本發(fā)明中，去除氧化物納米線中的Al₂O₃后優(yōu)選依次進行清洗、過濾和干燥，得到多孔結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明提供了一種上述技術(shù)方案所述的多孔材料在儲能或催化領(lǐng)域的應(yīng)用，優(yōu)選應(yīng)用于鋰離子電池。

對本發(fā)明制備得到的多孔材料進行SEM檢測和XRD檢測，可知本發(fā)明提供的方法能夠制備得到SnO₂多孔材料。

本發(fā)明提供的多孔材料的制備方法通過靜電紡絲法制備含有SnO₂和Al₂O₃的納米線，然后將納米線中的Al₂O₃去除，得到造孔的效果。這種多孔材料的制備方法工藝簡單、操作簡便，適宜大規(guī)模生產(chǎn)。

本發(fā)明以下實施例所用到的原料均為市售商品，N,N-二甲基甲酰胺、氯化亞錫、硝酸鋁購自國藥集團化學試劑有限公司，純度≥99％；聚乙烯吡咯烷酮購自Alfa Aesar，M_w為1300000。

攪拌裝置為塞羅捷克MS7-H550-Pro型號的磁力攪拌器；注射泵為保定蘭格恒流泵有限公司LSP01-1A型號的注射泵；靜電紡絲裝置電源為深圳市安泰信科技有限公司TPR3003T直流穩(wěn)壓電源；烘烤設(shè)備為上海和呈儀器制造有限公司DZF-6050真空干燥箱；煅燒設(shè)備為貝意克MF-1200C 1200℃微型箱式爐。

實施例1

將體積比為1:1的N,N-二甲基甲酰胺和乙醇的混合溶液攪拌均勻，得到第一混合液；向10mL的第一混合液中加入1g的聚乙烯吡咯烷酮攪拌12小時，得到第二混合液；向第二混合液中加入1g的氯化亞錫攪拌2min，得到第三混合液；向第三混合液中加入0.1g的硝酸鋁攪拌2小時，得到電紡溶液。

將電紡溶液吸入10mL的針管中進行靜電紡絲，形成納米線；靜電紡絲過程中采用的針頭為17G，針頭接正極，接收板接負極，正極電壓為22KV，負極電壓為-1KV，針頭與接收板之間的距離為20cm，針頭推進速度為0.75mg/mL。

將納米線在80℃空氣中烘烤去除其中溶劑和水分，然后以3℃/min的升溫速率升溫至500℃煅燒1小時，得到氧化物納米線。

將氧化物納米線在0.1mol/L的NaOH溶液中攪拌6小時去除其中的Al₂O₃，然后依次進行清洗、過濾和干燥，得到多孔材料。

對本發(fā)明實施例1制備得到的氧化物納米線進行SEM檢測，檢測結(jié)果如圖1所示，由圖1可知，本發(fā)明實施例1制備得到的氧化物納米線的直徑在100～500nm。

對本發(fā)明實施例1制備得到的多孔材料進行SEM檢測，檢測結(jié)果如圖2所示，由圖2可知，本發(fā)明實施例1提供的方法制備得到了多孔材料。

對本發(fā)明實施例1制備得到的多孔材料進行XRD檢測，檢測結(jié)果如圖3所示，由圖3可知，本發(fā)明實施例1制備得到多孔材料為SnO₂多孔材料。

實施例2

將體積比為1:1的N,N-二甲基甲酰胺和乙醇的混合溶液攪拌均勻，得到第一混合液；向10mL的第一混合液中加入1g的聚乙烯吡咯烷酮攪拌12小時，得到第二混合液；向第二混合液中加入1g的氯化亞錫攪拌2min，得到第三混合液；向第三混合液中加入0.1g的硝酸鋁攪拌2小時，得到電紡溶液。

將電紡溶液吸入10mL的針管中進行靜電紡絲，形成納米線；靜電紡絲過程中采用的針頭為17G，針頭接正極，接收板接負極，正極電壓為22KV，負極電壓為-1KV，針頭與接收板之間的距離為20cm，針頭推進速度為0.75mg/mL。

將納米線在80℃空氣中烘烤去除其中溶劑和水分，然后以3℃/min的升溫速率升溫至500℃煅燒1小時，得到氧化物納米線。

將氧化物納米線在0.1mol/L的NaOH溶液中攪拌1小時去除其中的Al₂O₃，然后依次進行清洗、過濾和干燥，得到多孔材料。

對本發(fā)明實施例2制備得到的氧化物納米線進行SEM檢測，檢測結(jié)果如圖4所示，由圖4可知，本發(fā)明實施例2制備得到的氧化物納米線的直徑在100～500nm。

對本發(fā)明實施例2制備得到的多孔材料進行SEM檢測，檢測結(jié)果如圖5所示，由圖5可知，本發(fā)明實施例2提供的方法制備得到了多孔材料。

由以上實施例可知，本發(fā)明提供了一種多孔材料的制備方法，包括以下步驟：(1)將電紡溶液進行靜電紡絲，形成納米線，所述電紡溶液包括粘結(jié)劑、鋁鹽和錫鹽；(2)將納米線進行煅燒，得到氧化物納米線；(3)將氧化物納米線中的Al₂O₃去除，得到多孔材料。本發(fā)明提供的多孔材料的制備方法通過靜電紡絲法制備含有SnO₂和Al₂O₃的納米線，然后將納米線中的Al₂O₃去除，得到造孔的效果，這種多孔材料的制備方法工藝簡單、操作簡便，適宜大規(guī)模生產(chǎn)。

以上所述的僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。