本发明属于纳米材料技术领域，涉及一种在线裂解雾化复合前驱体制备sno2/非晶碳纳米复合材料的方法。
技术背景
二氧化锡(sno2)是一类重要的宽带隙半导体材料,由于其特殊的电学、光学、电化学性质，而在半导体、储能、光电催化等领域具有良好的应用价值和前景。其中sno2纳米材料以其性能良好、价格低廉、容易制备等优势，成为了新型电化学储能材料、传感器、电化学催化等领域的研究热点。同时，通过采用非晶碳、石墨烯、碳纳米管等其它材料与之进行复合，可以得到sno2纳米复合材料，并能够进一步提高这类材料的性能。
然而，传统的用于制备sno2纳米复合材料采用的水热合成手段具有非连续、小批量、耗时耗能等特征。受制于该合成技术，此类材料一直未能实现批量、连续化生产。同时，这类材料的水热合成方法产率往往低于50％，原材料不能够充分利用、制备过程中产生大量的废液，因而增加了这类材料的制备成本。
本发明提供了一种在线裂解雾化复合前驱体制备sno2/非晶碳纳米复合材料的方法。该方法克服了传统sno2/非晶碳纳米复合材料制备步骤非连续、小批量、原材料利用不充分、产生大量废液和生产成本较高的缺点，具有制备工艺简单、快速、绿色环保等优点，为连续批量化、低成本地制备高质量sno2/非晶碳纳米复合材料提供了可行性。
技术实现要素：
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供了一种在线裂解雾化复合前驱体制备sno2/非晶碳纳米复合材料的方法。该方法采用特定配比的sno2醇溶胶和葡萄糖混合物作为前驱体，利用压电陶瓷超声雾化器将其转换成前驱体气雾，由惰性载流气体将气雾引入到带有中空石英玻璃管的管式炉，利用热源，促使前驱体气雾发生裂解转化，实现sno2/非晶碳纳米复合材料的在线制备，与此同时具备原材料充分利用、制备过程中无废液产生以及可连续化生产的优点。
为解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：
一种在线裂解雾化复合前驱体制备sno2/非晶碳纳米复合材料的方法，包括如下步骤：
a.将葡萄糖和sno2醇溶胶混合制成复合前驱体，置于三口反应容器中；其中葡萄糖与sno2醇溶胶的质量比为(1:10)～(1:15)。
所述的sno2醇溶胶采用四氯化锡、乙醇作为原料，配制成透明澄清的溶胶溶液，四氯化锡与乙醇的质量比为(1：15)～(1:20)。
b.将步骤a中得到的复合前驱体利用压电陶瓷超声雾化器产生复合前驱体气雾；通入惰性气体，将复合前驱体气雾从三口反应容器中引出。
所述的惰性气体选用纯度为99.9％以上的高纯氩气。作为优选，惰性气体流速在0.5～4l/min。
c.将步骤b中引出的复合前驱体气雾通入预热至1100～1200℃的石英管式炉中，利用热源促使复合前驱体气雾在线裂解转换成sno2/非晶碳纳米复合材料。
d.在石英管的末端对纳米颗粒进行收集，获得sno2/非晶碳纳米复合材料。
本发明的有益效果是：
本发明克服了传统sno2/非晶碳纳米复合材料制备步骤非连续、小批量、原材料利用不充分、产生大量废液和生产成本较高的缺点，具有制备工艺简单、快速、绿色环保等优点，为连续批量化、低成本地制备高质量sno2/非晶碳纳米复合材料提供了可行性。
附图说明
图1为本发明用于连续制备sno2/非晶碳纳米复合材料的装置简图；
图2为气体流速度为1l/min，2l/min和3l/min时获得的样品的形貌特征图(sem图)；
图3为气体流速度为1l/min，2l/min和3l/min时获得的样品的x射线衍射图谱(xrd图)；
图4为气体流速度为1l/min，2l/min和3l/min时获得的样品的拉曼光谱图(raman图)。
图5为本发明制备的sno2/非晶碳纳米复合材料作钠离子电池负极时的放电比容量—循环次数图谱。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步的分析。
图1为本发明用于连续制备sno2/非晶碳纳米复合材料的装置简图。
实施例1:sno2/非晶碳纳米复合材料的制备。
实施例1-1:
a.前驱体溶胶的配制：将四氯化锡(1g)，加入到15g乙醇中，搅拌2-6小时，得到透明澄清溶液；在获得的溶液中加入1.6g葡萄糖搅拌溶解均匀。
b.sno2/非晶碳纳米复合材料的制备：利用超声波雾化片将溶胶雾化，通入流速为1l/min的氩气，将复合前驱体气雾引入预热至1100℃的石英管中；在石英管的末端对纳米颗粒进行收集，获得的sno2/非晶碳纳米复合材料在洗涤、真空干燥等步骤处理后通过sem，xrd，raman等分析手段对其进行表征。
可以观察到，实施例1-1制备的材料存在较为严重的团聚现象(图2(a))。x射线衍射图谱(图3)以及拉曼光谱图(图4)证明，该材料为sno2/非晶碳纳米复合材料。
实施例1-2:
a.前驱体溶胶的配制：将四氯化锡(1g)，加入到20g乙醇中，搅拌2-6小时，得到透明澄清溶液；在获得的溶液中加入1.4g葡萄糖搅拌溶解均匀。
b.sno2/非晶碳纳米复合小球的制备：利用超声波雾化片将溶胶雾化，通入流速为2l/min的氩气；在石英管的末端对纳米颗粒进行收集，获得的sno2/非晶碳纳米复合材料在洗涤、真空干燥等步骤处理后通过sem，xrd，raman等分析手段对其进行表征。
可以观察到，实施例1-2制备的sno2/非晶碳纳米复合材料呈现部分的纳米球形结构，纳米颗粒间的团聚现象有所改善(图2(b))。x射线衍射图谱(图3)以及拉曼光谱图(图4)证明，制得的材料为sno2/非晶碳纳米复合材料。与实施例1-1相比较，本实施例所制得的sno2/非晶碳纳米复合材料呈现出类似的sno2晶粒大小和石墨化程度。
实施例1-3:
a.前驱体溶胶的配制：将四氯化锡(1g)，加入到18g乙醇中，搅拌2-6小时，得到透明澄清溶液；在获得的溶液中加入1.6g葡萄糖搅拌溶解均匀。
b.sno2/非晶碳纳米复合材料的制备：利用超声波雾化片将溶胶雾化，通入流速为3l/min的氩气，将复合前驱体气雾引入预热1100℃后的石英管中；在石英管的末端对纳米颗粒进行收集，获得的sno2/非晶碳纳米复合材料在洗涤、真空干燥等步骤处理后通过sem，xrd，raman等分析手段对其进行表征。
可以观察到，实施例1-3制备的sno2/非晶碳纳米复合材料团聚现象进一步得到改善,部分呈现出独立的小球状形貌(图2(c))。x射线衍射图谱(图3)位于12.5度位置的特征峰强度显著减弱，表明材料中非晶碳组分的碳化程度有所减弱。拉曼光谱图(图4)中d峰与g峰强度的比值进一步增加，亦证明该实施例下非晶碳组分的石墨化程度较低。
实施例2、sno2/非晶碳纳米复合材料的电化学储钠性能测试
将实施例1制得的sno2/非晶碳纳米复合材料、superp炭黑和pvdf以75:15:10wt％的比例混合，用nmp溶剂调成膏状，涂覆在铜箔表面。待真空干燥后，将涂层铜箔切割成直径为15mm的圆片作为钠离子电池电极，选用钠离子电池用电解液(ec:pc＝1:1，naclo4浓度为1mol/l)和金属钠箔片作为对电极，在氩气保护手套箱中组装成rc2032型纽扣电池，在newarebts电池测试系统进行恒电流充放电测试。测试参数为:充放电速率20ma/g，充放电电位从0.05-3v，执行循环50次。结合电池的放电比容量—循环次数图谱得知(图5)，实施例1-2所制备的sno2/非晶碳纳米复合材料表现出最佳的储钠容量和循环寿命(在充放电速率为20ma/g的情况下，循环50次后仍然可保持约507mah/g的比容量)。
上述实施例并非是对于本发明的限制，本发明并非仅限于上述实施例，只要符合本发明要求，均属于本发明的保护范围。