[发明专利]多孔金属/三维石墨烯复合材料、其制造方法及应用

权利要求书

1.一种多孔金属/三维石墨烯复合材料，包括多孔金属基底、所述多孔金属上的三维石墨烯、依附于所述三维石墨烯上的多个纳米颗粒或纳米线，和至少一层纳米薄膜；三维石墨烯完全或部分附着于所述多孔金属，三维石墨烯尺寸为5～50μm，三维石墨烯具有的多孔结构孔道直径为10nm～50nm；三维石墨烯包括无规则地聚集在一起的若干片单层石墨烯和少层石墨烯，其中少层石墨烯的层数为2～3层；通过活化在石墨烯片层上形成大量微孔，微孔的尺寸为0.5～3nm；纳米颗粒或纳米线直接依附在三维石墨烯上，纳米颗粒或纳米线尺寸为2～30nm，通过双向交替电流沉积的方法实现在三维石墨烯上的均匀依附；其中，三维石墨烯的制备步骤如下：采用等离子体增强化学气相沉积方法，以含碳气体和辅助气体的混和气体作为碳源，所述含碳气体包括CH₄，C₂H₂，C₂F₆的中至少一种，所述辅助气体包括氩气、氢和氮气，含碳气体和辅助气体的比例为1∶5，生长温度为850℃，生长时间控制为1分钟。

2.根据权利要求1所述的多孔金属/三维石墨烯复合材料，其特征在于，所述三维石墨烯完全或部分附着于所述多孔金属，多孔的金属的孔径尺寸为2μm～20μm。

3.根据权利要求1所述的多孔金属/三维石墨烯复合材料，其特征在于，多个所述纳米颗粒或纳米线附着于所述三维石墨烯之上，所述至少一层纳米薄膜包覆多个所述纳米颗粒或纳米线及所述三维石墨烯。

4.根据权利要求1所述的多孔金属/三维石墨烯复合材料，其特征在于，多个所述纳米颗粒或纳米线中的至少一部分附着于所述三维石墨烯之上，所述至少一层纳米薄膜的最外层纳米薄膜包覆多个所述纳米颗粒或纳米线、所述三维石墨烯及其它层纳米薄膜。

5.根据权利要求1-4的任一项所述的多孔金属/三维石墨烯复合材料，其特征在于，所述附着有三维石墨烯的多孔金属选自Ni，Cu，Fe，Al，Cr，Ag，Au，Mn的多孔金属材料中的其中一种。

6.根据权利要求1-4的任一项所述的多孔金属/三维石墨烯复合材料，其特征在于，所述纳米颗粒或纳米线包括金属纳米颗粒或纳米线、硫纳米颗粒或纳米线、氧化物纳米颗粒或纳米线、硫化物纳米颗粒或纳米线、半导体纳米颗粒或纳米线、聚合物纳米颗粒或纳米线，所述金属纳米颗粒/纳米线选自Pt纳米颗粒或纳米线、Au纳米颗粒或纳米线、Ag纳米颗粒或纳米线中的一种或多种；所述氧化物纳米颗粒/纳米线选自MnO₂纳米颗粒或纳米线、锂复合氧化物纳米颗粒或纳米线、LiCoO₂纳米颗粒或纳米线、LiMnO₂纳米颗粒或纳米线、LiMn₂O₄纳米颗粒或纳米线、LiFePO₄纳米颗粒或纳米线、Li₄Ti₅O₁₂纳米颗粒或纳米线、镍钴锰酸锂纳米颗粒或纳米线、镍钴铝酸锂纳米颗粒或纳米线、Mn₃O₄纳米颗粒或纳米线、MnO纳米颗粒或纳米线、NiO纳米颗粒或纳米线、Co₃O₄纳米颗粒或纳米线、Fe₂O₃纳米颗粒或纳米线、Fe₃O₄纳米颗粒或纳米线、V₂O₅纳米颗粒或纳米线、TiO₂纳米颗粒或纳米线中的一种或多种；所述硫化物纳米颗粒或纳米线是MoS₂纳米颗粒或纳米线；所述半导体纳米颗粒或纳米线选自Si纳米颗粒或纳米线、ZnO纳米颗粒或纳米线中的一种或多种；所述聚合物纳米颗粒或纳米线选自聚苯胺(PANI)纳米颗粒或纳米线、聚3，4-己撑二氧噻吩(PEDOT)纳米颗粒或纳米线中的一种或多种。

7.根据权利要求1-4的任一项所述的多孔金属/三维石墨烯复合材料，其特征在于，所述至少一层纳米薄膜中每一单层纳米薄膜厚度为2～5nm。