[發明專利]一種氮化鐵和單原子鐵共修飾氮摻雜石墨復合材料及其制備方法和應用有效
| 申請號： | 202110197465.0 | 申請日： | 2021-02-22 |
| 公開（公告）號： | CN112928388B | 公開（公告）日： | 2022-04-22 |
| 發明（設計）人： | 韋偉峰;馬騁;張有泉;張帥 | 申請（專利權）人： | 中南大學 |
| 主分類號： | H01M50/431 | 分類號： | H01M50/431;H01M50/403;H01M4/62;H01M4/38;H01M10/052 |
| 代理公司： | 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114 | 代理人： | 盛武生;魏娟 |
| 地址： | 410083 湖南*** | 國省代碼： | 湖南;43 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 一種 氮化 原子 修飾 摻雜 石墨 復合材料 及其 制備 方法 應用 | ||
1.一種氮化鐵和單原子鐵共修飾氮摻雜石墨復合材料，其特征在于，包括氮摻雜石墨基體及原位負載在所述氮摻雜石墨基體上的氮化鐵和單原子鐵；
所述氮化鐵化學式為Fe2N，具有極性三角錐Fe-3N配位結構；
所述單原子鐵具有非極性平面對稱型Fe-4N配位結構；
所述氮摻雜石墨為納米片狀，具有微孔和介孔結構，比表面積為400-1000m2/g。
2.如權利要求1所述的一種氮化鐵和單原子鐵共修飾氮摻雜石墨復合材料，其特征在于，所述氮化鐵含量為1wt%-30wt%。
3.如權利要求1所述的一種氮化鐵和單原子鐵共修飾氮摻雜石墨復合材料，其特征在于，所述的單原子鐵含量為0.1wt%-5wt%。
4.一種如權利要求1~3任一項所述的氮化鐵和單原子鐵共修飾氮摻雜石墨復合材料的制備方法，其特征在于，具體步驟如下：
步驟一：將包含石墨化碳三氮四納米片、碳源和水溶性鐵源的溶液進行水熱反應，制得前驅體；水溶性鐵源中的Fe與石墨化碳三氮四的摩爾比為0.02~0.5；水熱反應的溫度為120-160℃；
步驟二：將前驅體在氨氣氣氛、700-1000℃的溫度下進行氮化，即得所述的氮化鐵和單原子鐵共修飾氮摻雜石墨復合材料。
5.如權利要求4所述的氮化鐵和單原子鐵共修飾氮摻雜石墨復合材料的制備方法，其特征在于，將尿素在空氣氣氛下進行熱解反應，制得所述的石墨化碳三氮四納米片。
6.如權利要求5所述的氮化鐵和單原子鐵共修飾氮摻雜石墨復合材料的制備方法，其特征在于，熱解溫度為350-550℃，反應時間為2-4h。
7.如權利要求4所述的氮化鐵和單原子鐵共修飾氮摻雜石墨復合材料的制備方法，其特征在于，所述的碳源為葡萄糖、蔗糖、殼聚糖、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、阿拉伯樹膠、醋酸纖維素、多巴胺中的至少一種。
8.如權利要求4所述的氮化鐵和單原子鐵共修飾氮摻雜石墨復合材料的制備方法，其特征在于，碳源與石墨化碳三氮四的摩爾比為0.1~5。
9.如權利要求4所述的氮化鐵和單原子鐵共修飾氮摻雜石墨復合材料的制備方法，其特征在于，水熱反應的溫度為140-160℃；水熱反應時間為6-12h。
10.如權利要求4所述的氮化鐵和單原子鐵共修飾氮摻雜石墨復合材料的制備方法，其特征在于，氮化反應的溫度為700~900℃。
11.如權利要求4所述的氮化鐵和單原子鐵共修飾氮摻雜石墨復合材料的制備方法，其特征在于，氮化反應的時間為1~3h。
12.一種權利要求1~3任一項所述的氮化鐵和單原子鐵共修飾氮摻雜石墨復合材料或者權利要求4~11任一項所述制備方法制得的所述的氮化鐵和單原子鐵共修飾氮摻雜石墨復合材料在鋰硫電池中的應用。
13.如權利要求12所述的應用，其特征在于，將其用于制備鋰硫電池的隔膜或者，將其用于制備鋰硫電池的正極材料。
14.如權利要求13所述的應用，其特征在于，將其復合在隔膜的表面。
15.一種鋰硫電池復合隔膜，其特征在于，包括基膜以及復合在基膜表面的改性層；所述的改性層復合有粘結劑，以及權利要求1~3任一項所述的氮化鐵和單原子鐵共修飾氮摻雜石墨復合材料或者權利要求4~11任一項所述制備方法制得的所述的氮化鐵和單原子鐵共修飾氮摻雜石墨復合材料。
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