[发明专利]制备多孔金属‑碳材料的方法

权利要求书

1.一种用于形成金属-碳复合材料的方法，所述方法包括以下步骤：

a.提供具有式[M(Schiff)]_n的化学结构和下面结构的重复单元的聚合物席夫碱过渡金属膜前体：

其中，n为2至50000之间的整数；M为选自由镍、钯、铂、钴、铜、铁构成的群组的过渡金属；Schiff为选自由Salen(双(水杨醛)-乙二胺的残基)、Saltmen(双(水杨醛)-四甲基乙二胺的残基)、Salphen(双(水杨醛)-邻苯二胺的残基)构成的群组的四配位基席夫碱配体；R为席夫碱中的选自由H-和含有碳的取代基构成的群组的取代基，所述R优选为CH₃-、C₂H₅-、CH₃O-、C₂H₅O-；以及Y为席夫碱中的桥键且具有下面的结构：

在Salen中，为-CH₂-CH₂-，

在Saltmen中，为

在Salphen中，为

b.将聚合物席夫碱过渡金属前体膜沉积在载体衬底上；和

c.在惰性气氛下，在炉中，加热所述聚合物席夫碱过渡金属前体膜和所述载体衬底。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述衬底为玻璃碳板。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述惰性气氛选自氮气、氩气和氦气中的一者或多者。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，在500℃至750℃之间，将所述聚合物席夫碱过渡金属前体膜和所述载体衬底加热1小时至4小时。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，优选在550℃至650℃之间加热所述聚合物席夫碱过渡金属前体膜和所述载体衬底。

6.根据权利要求4所述的方法，其中，更优选在580℃至620℃之间加热所述聚合物席夫碱过渡金属前体膜和所述载体衬底。

7.根据权利要求4所述的方法，其中，将所述聚合物席夫碱过渡金属前体膜和所述载体衬底加热优选持续2小时至3小时。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述将聚合物席夫碱过渡金属前体膜沉积在载体衬底上包括通过向所述衬底施加恒定电位的聚合。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述衬底为玻璃碳板。

10.根据权利要求8所述的方法，其中，将根据针对标准银/氯化银参比电极所测量的+0.98V的恒定电位施加给所述衬底。

11.根据权利要求8所述的方法，其中，通过放置在含有四乙基四氟硼酸铵和席夫碱单体络合物的溶液中的所述衬底，发生聚合物膜的聚合。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述溶液的溶剂为乙腈。

13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述溶液的溶剂为碳酸丙烯酯。

14.根据权利要求12所述的方法，其中，在被放置在所述炉中之前，将在其上具有所述聚合物膜的所述载体用乙腈清洗。

15.一种在载体上的金属-碳材料，通过下面的步骤制造金属-碳复合材料：提供具有式[M(Schiff)]_n的化学结构和下面结构的重复单元的聚合物席夫碱过渡金属膜前体：

其中，n为2至50000之间的整数；M为选自由镍、钯、铂、钴、铜、铁构成的群组的过渡金属；Schiff为选自由Salen(双(水杨醛)-乙二胺的残基)、Saltmen(双(水杨醛)-四甲基乙二胺的残基)、Salphen(双(水杨醛)-邻苯二胺的残基)构成的群组的四配位基席夫碱配体；R为席夫碱中的选自由H-和含有碳的取代基构成的群组的取代基，所述R优选为CH₃-、C₂H₅-、CH₃O-、C₂H₅O-；以及Y为席夫碱中的桥键且具有下面的结构：

在Salen中，为-CH₂-CH₂-，

在Saltmen中，为

在Salphen中，为

d.将聚合物席夫碱过渡金属前体膜沉积在载体衬底上；和

e.在惰性气氛下，在炉中，加热所述聚合物席夫碱过渡金属前体膜和所述载体衬底，

其中，所形成的金属-碳材料的电化学活性比表面积为50m²/g至2500m²/g；碳含量为50重量％至85重量％；金属与碳的重量比为0.2至1.0；由柱状元素构成的可控的规则结构的直径为1纳米至1.5纳米，长度达到50微米，以沿着所述载体的表面距彼此0.2纳米至10纳米的距离设置；以及具有化学式MC_n的金属团簇在所述金属-碳材料内的均匀分布，其中，M为金属原子、C为碳原子且(n)为0.5至6的数。