[发明专利]多级孔道的铁钴和氮三元共掺杂的三维石墨烯的制备

权利要求书

1.一种具有催化协同效应的铁钴和氮三元共掺杂多级孔道的三维石墨烯的制备方法，其特征在于：用可溶性的全芳香性的聚苯并咪唑（PBI）与铁盐和钴盐制备PBI与铁离子和钴离子的配合物，加入纳米碳酸钙为模板剂，混合均匀，蒸干，配合物在模板剂表面规则排列，惰性气体保护下，热解，配合物经过脱氢-环化-碳化形成铁钴和氮三元共掺杂的石墨烯，碳酸钙分解生成的二氧化碳排出形成微孔与去除模板后生成的介孔相互贯通，制备得到铁钴和氮三元共掺杂的多级孔道贯通的三维石墨烯；其具体操作步骤为：铁盐与钴盐的摩尔比为1:2～2:1；PBI与铁盐和钴盐混合物的质量比为 2:1～1:2；纳米模板剂为粒径在30～100nm的碳酸钙；PBI与纳米模板剂的质量比为2:1～1:4；在惰性气体氩气或高纯氮气保护，800～1100℃下，热解2～3小时；上述制备的铁钴和氮三元共掺杂的多级孔道贯通的三维石墨烯用于氧化还原反应催化剂，燃料电池、金属空气电池氧还原催化剂，电解水氧析出催化剂，超级电容器电极材料。

2.根据权利要求1所述的一种具有催化协同效应的铁钴和氮三元共掺杂多级孔道的三维石墨烯的制备方法，其特征在于：全芳香性的PBI整个聚合物分子形成一个大π键，分子属于刚性、芳香型化合物，选用聚（2, 5-苯并咪唑）（ABPBI）、聚[2, 2’-(间苯基)-5, 5’-联苯并咪唑](mPBI)中的一种；聚合物粘均分子量在2～4万之间；能溶解在二甲基乙酰胺（DMAc），二甲基甲酰胺（DMF），二甲基亚砜（DMSO），N-甲基吡咯烷酮或二甲苯中的任意一种溶剂中。

3.根据权利要求1所述的一种具有催化协同效应的铁钴和氮三元共掺杂多级孔道的三维石墨烯的制备方法，其特征在于：铁盐和钴盐为可以在强极性溶剂中分散或溶解的盐类；选用，醋酸盐、柠檬酸盐、硝酸盐、盐酸盐、高氯酸盐、葡萄糖酸盐中的一种；铁盐与钴盐的摩尔比为1:2～2:1。

4.根据权利要求1所述的一种具有催化协同效应的铁钴和氮三元共掺杂多级孔道的三维石墨烯的制备方法，其纳米模板剂为纳米级的碳酸钙，其特征在于：纳米颗粒直径在30～100 nm；该纳米颗粒800℃开始分解；是球形、立方体、圆柱形或多棱柱任意一种纳米颗粒。

5.根据权利要求1所述的一种具有催化协同效应的铁钴和氮三元共掺杂多级孔道的三维石墨烯的制备方法，其特征在于：PBI与铁盐和钴盐混合物的质量比为: 2:1～1:2；PBI与纳米模板剂的质量比为2:1～1:4；混合方式为： PBI溶液与铁盐和钴盐的混合液混合，加热、搅拌反应5~8小时，PBI与铁离子和钴离子形成配合物溶液；加入模板剂、搅拌4～6小时混合均匀，搅拌下加热蒸出溶剂至近干，60～120℃真空干燥，研细，惰性气体保护下热解，用稀酸洗以去除模板剂。