[发明专利]一种由金属及其金属衍生物复合的二维碳片气凝胶材料的规模化制备方法及其应用

权利要求书

1.一种由金属、金属碳化物或金属氧化物复合的二维碳片气凝胶材料的规模化制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：

a、将碳前躯物与金属盐加水混合，所述碳前躯物为琼脂糖或琼脂糖与含氮碳源的混合物，所述的金属盐为含铁、钴、镍金属元素的硝酸盐或钼酸铵，将碳前躯物与金属盐加水混合物置于微波反应器内反应5~60 s；获得的溶液继续微波反应，反应时间为30~120 s，继续微波反应次数为1~5次，水分蒸干后，得到一充满烧杯的碳前驱体的固体泡沫；

b、将步骤a中获得的固体泡沫于管式炉中高温700~1200 ^oC煅烧1~10 h，升温速率为2 ~15 ^oC /min，气氛为惰性气氛，制备得到碳化铁纳米颗粒复合二维碳纳米片Fe₃C@CNSs、钴纳米颗粒复合二维碳纳米片Co@CNSs、镍纳米颗粒复合二维碳纳米片Ni@CNSs、碳化钼纳米颗粒复合二维碳纳米片Mo₂C@CNSs、碳化铁纳米颗粒复合二维氮掺杂碳纳米片Fe₃C@NCNSs、碳化钼纳米颗粒复合二维氮掺杂碳纳米片Mo₂C@NCNSs、钴纳米颗粒复合氮掺杂二维碳纳米片Co@NCNSs或镍纳米颗粒复合氮掺杂二维碳纳米片Ni@NCNSs;

c、将步骤b中的产物在管式炉内低温200~500 ^oC煅烧10~100 h升温速率为2 ~ 15 ^oC /min，气氛为大气气氛，得到对应的金属氧化物复合二维碳纳米片FeOx@CNSs、 CoOx@CNSs、NiOx@CNSs、MoOx@CNSs、FeOx@NCNSs 、MoOx @NCNSs、CoOx@NCNSs或NiOx@NCNSs；

其中，所述金属、金属碳化物复合的二维碳片气凝胶材料由步骤b获得，所述金属氧化物复合的二维碳片气凝胶材料由步骤c获得。

2.根据权利要求1所述的由金属、金属碳化物或金属氧化物复合的二维碳片气凝胶材料的规模化制备方法，其特征在于：所述步骤a中所用含氮碳源为尿素或三聚氰胺。

3.根据权利要求1所述的由金属、金属碳化物或金属氧化物复合的二维碳片气凝胶材料的规模化制备方法，其特征在于：所述步骤a中所用的金属盐:琼脂糖:含氮碳源的质量比为1~3:2~5:0~1。

4.根据权利要求1所述的由金属、金属碳化物或金属氧化物复合的二维碳片气凝胶材料的规模化制备方法，其特征在于：所述步骤a中的所用的微波反应器采用的功率为700 ~1200 W。

5.根据权利要求1所述的由金属、金属碳化物或金属氧化物复合的二维碳片气凝胶材料的规模化制备方法，其特征在于：所述步骤b中的热处理条件的惰性气体为氮气或氩气。

6.一种根据权利要求1所述的由金属、金属碳化物或金属氧化物复合的二维碳片气凝胶材料应用，其特征在于：所述金属氧化物或碳化物复合二维碳纳米片FeOx@CNSs、CoOx@CNSs、Mo₂C@NCNSs、NiOx@CNSs或金属氧化物或碳化物复合氮掺杂二维碳纳米片CoOx@NCNSs、NiOx@NCNSs、Mo₂C@NCNSs或Fe₃C@NCNSs纳米材料在能源存储与转换或电催化的应用。

7.根据权利要求6所述的由金属、金属碳化物或金属氧化物复合的二维碳片气凝胶材料应用，其特征在于：所述金属氧化物或碳化物复合二维碳片FeOx@CNSs、CoOx@CNSs、Mo₂C@NCNSs或NiOx@CNSs作为离子电池或超级电容器电极材料；金属氧化物或碳化物复合氮掺杂二维碳片CoOx@NCNSs、NiOx@NCNSs、Mo₂C@NCNSs或Fe₃C@NCNSs作为电催化或空气电池电极材料。