[發明專利]一種由金屬及其金屬衍生物復合的二維碳片氣凝膠材料的規模化制備方法及其應用

有效

• 申請號: 201810208481.3
• 申請日: 2018-03-14
• 公開（公告）號: CN108428870B
• 公開（公告）日: 2020-07-31
• 發明（設計）人: 朱紀欣;張橋;黃維
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/525;H01M10/0525;C01G49/02;C01G51/04;C01G53/04;C01G39/02;C01B32/15;C01B32/914;C01B32/949;B82Y30/00
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 吳頻梅

1.一種由金屬、金屬碳化物或金屬氧化物復合的二維碳片氣凝膠材料的規?；苽浞椒?，其特征在于，該制備方法包括以下步驟：

a、將碳前軀物與金屬鹽加水混合，所述碳前軀物為瓊脂糖或瓊脂糖與含氮碳源的混合物，所述的金屬鹽為含鐵、鈷、鎳金屬元素的硝酸鹽或鉬酸銨，將碳前軀物與金屬鹽加水混合物置于微波反應器內反應5~60 s；獲得的溶液繼續微波反應，反應時間為30~120 s，繼續微波反應次數為1~5次，水分蒸干后，得到一充滿燒杯的碳前驅體的固體泡沫；

b、將步驟a中獲得的固體泡沫于管式爐中高溫700~1200 ^oC煅燒1~10 h，升溫速率為2 ~15 ^oC /min，氣氛為惰性氣氛，制備得到碳化鐵納米顆粒復合二維碳納米片Fe₃C@CNSs、鈷納米顆粒復合二維碳納米片Co@CNSs、鎳納米顆粒復合二維碳納米片Ni@CNSs、碳化鉬納米顆粒復合二維碳納米片Mo₂C@CNSs、碳化鐵納米顆粒復合二維氮摻雜碳納米片Fe₃C@NCNSs、碳化鉬納米顆粒復合二維氮摻雜碳納米片Mo₂C@NCNSs、鈷納米顆粒復合氮摻雜二維碳納米片Co@NCNSs或鎳納米顆粒復合氮摻雜二維碳納米片Ni@NCNSs;

c、將步驟b中的產物在管式爐內低溫200~500 ^oC煅燒10~100 h升溫速率為2 ~ 15 ^oC /min，氣氛為大氣氣氛，得到對應的金屬氧化物復合二維碳納米片FeOx@CNSs、 CoOx@CNSs、NiOx@CNSs、MoOx@CNSs、FeOx@NCNSs 、MoOx @NCNSs、CoOx@NCNSs或NiOx@NCNSs；

其中，所述金屬、金屬碳化物復合的二維碳片氣凝膠材料由步驟b獲得，所述金屬氧化物復合的二維碳片氣凝膠材料由步驟c獲得。

2.根據權利要求1所述的由金屬、金屬碳化物或金屬氧化物復合的二維碳片氣凝膠材料的規?；苽浞椒?，其特征在于：所述步驟a中所用含氮碳源為尿素或三聚氰胺。

3.根據權利要求1所述的由金屬、金屬碳化物或金屬氧化物復合的二維碳片氣凝膠材料的規?；苽浞椒?，其特征在于：所述步驟a中所用的金屬鹽:瓊脂糖:含氮碳源的質量比為1~3:2~5:0~1。

4.根據權利要求1所述的由金屬、金屬碳化物或金屬氧化物復合的二維碳片氣凝膠材料的規模化制備方法，其特征在于：所述步驟a中的所用的微波反應器采用的功率為700 ~1200 W。

5.根據權利要求1所述的由金屬、金屬碳化物或金屬氧化物復合的二維碳片氣凝膠材料的規?；苽浞椒?，其特征在于：所述步驟b中的熱處理條件的惰性氣體為氮氣或氬氣。

6.一種根據權利要求1所述的由金屬、金屬碳化物或金屬氧化物復合的二維碳片氣凝膠材料應用，其特征在于：所述金屬氧化物或碳化物復合二維碳納米片FeOx@CNSs、CoOx@CNSs、Mo₂C@NCNSs、NiOx@CNSs或金屬氧化物或碳化物復合氮摻雜二維碳納米片CoOx@NCNSs、NiOx@NCNSs、Mo₂C@NCNSs或Fe₃C@NCNSs納米材料在能源存儲與轉換或電催化的應用。

7.根據權利要求6所述的由金屬、金屬碳化物或金屬氧化物復合的二維碳片氣凝膠材料應用，其特征在于：所述金屬氧化物或碳化物復合二維碳片FeOx@CNSs、CoOx@CNSs、Mo₂C@NCNSs或NiOx@CNSs作為離子電池或超級電容器電極材料；金屬氧化物或碳化物復合氮摻雜二維碳片CoOx@NCNSs、NiOx@NCNSs、Mo₂C@NCNSs或Fe₃C@NCNSs作為電催化或空氣電池電極材料。