[發明專利]金屬單原子摻雜納米碳材料催化載體及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201710574091.3
• 申請日: 2017-07-14
• 公開（公告）號: CN109248712B
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 張躍鋼;王健;藺洪振
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: B01J32/00
• 分類號: B01J32/00;B01J21/18;B01J27/04;B01J27/24;B01J35/10;H01M4/36;H01M4/58;H01M10/052;B82Y30/00
• 代理公司: 南京利豐知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 王鋒

1.一種金屬單原子催化碳/硫化鋰復合材料，其特征在于包括：金屬單原子摻雜納米碳材料催化載體以及負載于所述金屬單原子摻雜納米碳材料催化載體上的硫化鋰，所述金屬單原子摻雜納米碳材料催化載體包括由含氮碳殼包覆碳質內核形成的含氮碳質核殼結構以及分布于所述含氮碳質核殼結構內的金屬單原子；

其中，所述金屬單原子摻雜納米碳材料催化載體為多孔結構，且所述金屬單原子摻雜納米碳材料催化載體內金屬單原子的含量為0.01wt%～5wt%。

2.根據權利要求1所述金屬單原子催化碳/硫化鋰復合材料，其特征在于：所述金屬單原子摻雜納米碳材料催化載體所含孔徑為2.8～100nm。

3.根據權利要求1所述金屬單原子催化碳/硫化鋰復合材料，其特征在于：所述金屬單原子摻雜納米碳材料催化載體的比表面積為500 ～1000 m²/g。

4.根據權利要求1所述金屬單原子催化碳/硫化鋰復合材料，其特征在于：所述含氮碳質核殼結構中N元素的含量為3 ～15wt%。

5.根據權利要求1所述金屬單原子催化碳/硫化鋰復合材料，其特征在于：所述含氮碳殼中C元素和N元素的摩爾比為100:1～8:1。

6.根據權利要求1所述金屬單原子催化碳/硫化鋰復合材料，其特征在于：所述碳質內核中C元素和N元素的摩爾比為20:1～6:1。

7.根據權利要求1或4所述金屬單原子催化碳/硫化鋰復合材料，其特征在于：所述碳質內核的直徑為10～200nm。

8.根據權利要求7所述金屬單原子催化碳/硫化鋰復合材料，其特征在于：所述含氮碳殼的厚度為5～100nm。

9.根據權利要求1或4所述金屬單原子催化碳/硫化鋰復合材料，其特征在于：所述碳質內核的材料至少來源于石墨烯或石墨烯衍生物、碳納米管或碳納米管衍生物、碳纖維、石墨炔、導電碳中的任意一種或兩種以上的組合。

10.根據權利要求1或4所述金屬單原子催化碳/硫化鋰復合材料，其特征在于：所述含氮碳殼的材料至少來源于聚丙烯腈、聚苯胺、聚吡咯、聚多巴胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙二醇中的任意一種或兩種以上的組合。

11.根據權利要求1或4所述金屬單原子催化碳/硫化鋰復合材料，其特征在于：所述金屬單原子包括鐵、鎳、鈷、鉬、銅、錫中的任意一種或兩種以上的組合。

12.根據權利要求1所述的金屬單原子催化碳/硫化鋰復合材料，其特征在于：所述硫化鋰和金屬單原子分布于所述含氮碳質核殼結構中。

13.根據權利要求1所述的金屬單原子催化碳/硫化鋰復合材料，其特征在于：所述金屬單原子、納米碳材料載體與硫化鋰的質量比為5：20：100～40：20：100。

14.如權利要求1-13中任一項所述金屬單原子催化碳/硫化鋰復合材料的制備方法，其特征在于包括：

以含氮有機物包覆碳材料形成具有核殼結構的含氮碳前驅體，

將所述含氮碳前驅體與金屬催化劑前驅體及硫化鋰混合并均勻分散于溶劑中形成混合液，然后除去所述混合液中的溶劑而獲得固體混合物，

在保護性氣氛下，將所述固體混合物于500～900℃熱處理，并保溫60~720min，之后冷卻至室溫，獲得所述金屬單原子催化碳/硫化鋰復合材料。

15.根據權利要求14所述的金屬單原子催化碳/硫化鋰復合材料的制備方法，其特征在于包括：在保護性氣氛下，將所述固體混合物以1~10℃/min的升溫速率升溫至500～900℃并保溫60~720min，完成所述熱處理。