一种多级有序大孔/介孔碳-金属碳化物复合材料及其制备方法和应用.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114204029A(43)申请公布日2022.03.18(21)申请号202111429671.6(22)申请日2021.11.29(71)申请人复旦大学地址200433上海市杨浦区邯郸路220号(72)发明人李伟张威杨东赵东元(74)专利代理机构上海科盛知识产权代理有限公司31225代理人刘燕武(51)Int.Cl.H01M4/62(2006.01)H01M10/0525(2010.01)权利要求书2页说明书10页附图6页(54)发明名称一种多级有序大孔/介孔碳-金属碳化物复合材料及其制备方法和应用(57)摘要本发明涉及一种多级有序大孔/介孔碳‑金属碳化物复合材料及其制备方法和应用，该复合材料具有球形大孔，在球状大孔壁上还有介孔，所述球形大孔的孔径尺寸为50‑3000nm，所述介孔的孔径尺寸为2‑50nm；该方法包括以下步骤：(1)取表面活性剂、碳源、金属源和有机溶剂混合，得到混合液；(2)将所得混合液与光子晶体混合，然后经干燥得到固体A；(3)将所得固体A焙烧，即得目的产物。本发明通过在碳三维骨架中引入金属碳化物，构筑碳基复合材料，提高其对锂的亲和能力，确保锂金属的均匀沉积，有助于构建无枝晶锂金属电池。与现有技术相比，本发明可确保锂金属的均匀沉积，且方法普适性强，适用于制备含不同金属碳化物的碳‑金属碳化物复合材料。CN114204029ACN114204029A权利要求书1/2页1.一种多级有序大孔/介孔碳‑金属碳化物复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)取表面活性剂、碳源、金属源和有机溶剂混合，得到混合液；(2)将所得混合液与光子晶体混合，然后经干燥得到固体A；(3)将所得固体A焙烧，即得目的产物。2.根据权利要求1所述的一种多级有序大孔/介孔碳‑金属碳化物复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述表面活性剂为阴离子型表面活性剂、阳离子型表面活性剂或非离子型表面活性剂中的一种或几种；所述阴离子型表面活性剂为谷氨酸系阴离子表面活性剂、丙氨酸系阴离子表面活性剂、甘氨酸系阴离子表面活性剂、羧酸类阴离子表面活性剂中的一种或几种；所述阳离子型表面活性剂为烷基季铵盐表面活性剂、双子座表面活性剂、流星锤表面活性剂或三头阳离子表面活性剂中的一种或几种；所述非离子型表面活性剂为聚环氧乙烷‑聚环氧丙烷二嵌段共聚物、聚环氧乙烷‑聚环氧丁烷二嵌段共聚物、聚环氧乙烷‑聚苯乙烯二嵌段共聚物或聚环氧乙烷‑聚甲基丙烯酸甲酯二嵌段共聚物、聚环氧乙烷‑聚环氧丙烷‑聚环氧乙烷三嵌段共聚物、聚环氧丙烷‑聚环氧乙烷‑聚环氧丙烷三嵌段共聚物中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的一种多级有序大孔/介孔碳‑金属碳化物复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述碳源为可溶性树脂、甲阶酚醛树脂、多巴胺、吡咯或噻吩中的一种或几种；所述金属源是钛源、钼源或钨源中的一种或几种；所述钛源为硫酸钛、叔丁醇钛、柠檬酸钛、甲氧基钛、四氯化钛、钛酸四丁酯、钛酸异丙酯、钛酸四乙酯或乙酰丙酮钛；所述钼源为乙酸钼、氯化钼、钼酸铵、乙酰丙酮钼、四硫钼酸铵或磷钼酸铵；所述钨源为钨酸铵、磷钨酸、氯化钨、乙酰丙酮钨、乙醇钨或异丙醇钨。4.根据权利要求1所述的一种多级有序大孔/介孔碳‑金属碳化物复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述有机溶剂为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、苯、甲苯、乙醚、四氢呋喃、氯仿或二氯甲烷中的一种或几种。5.根据权利要求1所述的一种多级有序大孔/介孔碳‑金属碳化物复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述表面活性剂、碳源、金属源的摩尔比为1：(0.5‑5)：(0.05‑0.5)。6.根据权利要求1所述的一种多级有序大孔/介孔碳‑金属碳化物复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述光子晶体为二氧化硅、酚醛树脂、聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯。7.根据权利要求1所述的一种多级有序大孔/介孔碳‑金属碳化物复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述光子晶体的尺寸为100‑5000nm。8.根据权利要求1所述的一种多级有序大孔/介孔碳‑金属碳化物复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，焙烧温度为900‑2000℃，焙烧时间为2‑24h，升温速率为0.1‑10℃/分钟。9.一种多级有序大孔/介孔碳‑金属碳化物复合材料，其特征在于，其采用如权利要求2CN114204029A权利要求书2/2页1‑8任一所述的制备方法制备得到，该复合材料具有球形大孔，在球状大孔壁上还有介孔，所述球形大孔的孔径尺寸为50‑3000nm，所述介孔的孔径尺寸为2‑50nm；该复合材料的比表面积为100‑1500m2/g。10.如权利要求9所述的一种多级有序大孔/介