[发明专利]硫化铜/氮掺杂石墨纳米复合材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种硫化铜/氮掺杂石墨纳米复合材料，其特征在于，氮掺杂石墨表面生长有平均粒径为10～20nm的硫化铜；

所述氮掺杂石墨中的氮源为含有金属Cu的离子液体。

2.根据权利要求1所述的纳米复合材料，其特征在于，所述硫化铜/氮掺杂石墨纳米复合材料中硫化铜的重量百分含量为10wt％～80wt％。

3.根据权利要求2所述的纳米复合材料，其特征在于，所述硫化铜/氮掺杂石墨纳米复合材料中硫化铜的重量百分含量为18wt％～23wt％。

4.权利要求1至3任一项所述的硫化铜/氮掺杂石墨纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括：

(1)将含有金属Cu的离子液体和氧化石墨分散液的混合物搅拌I，加入硫源，搅拌II，加热反应，获得初产物；

(2)将步骤(1)中获得的初产物进行热处理，获得所述硫化铜/氮掺杂石墨纳米复合材料。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述含有金属Cu的离子液体选自具有式I所示化学式的离子液体中的至少一种：

[C_nMMIm]₂[CuX₄]式I

其中，C_nMMIm＝1-n烷基-2,3-二甲基咪唑，n＝3～12；

X选自Cl、Br、I中的至少一种；

所述硫源选自硫脲、硫粉、硫醇、硫代乙酰胺中的至少一种。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述氧化石墨分散液中的分散剂选自乙醇、水中的至少一种。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述氧化石墨分散液的浓度为0.5～2mg/mL。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，X选自Cl或Br。

9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述含有金属Cu的离子液体和氧化石墨的质量比为3：1～44：1；

所述硫源的加入量与含有金属Cu的离子液体的摩尔比为3：1～6：1。

10.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述搅拌I的时间为1～4小时；

步骤(1)中所述搅拌II的搅拌时间为0.5～2小时。

11.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述加热反应的条件为：加热温度为130～190℃；加热时间为3～20小时。

12.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述热处理的条件为：

在含有氢气和氮气的混合气氛下，热处理的温度为200～250℃；热处理时间为2～5小时。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述混合气氛中氢气与氮气的体积比为1：9；

升温至热处理的温度的加热速率为1～5℃/分钟。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤a：获得含金属的离子液体；

所述离子液体阳离子为咪唑类阳离子，阴离子为卤素氯离子；

步骤b：将步骤a中的含金属的离子液体加入到氧化石墨乙醇分散溶液中，并搅拌；

步骤c：向步骤b得到的产物中加入硫源，搅拌；

步骤d：将步骤c得到的产物加热反应，并还原氧化石墨；

步骤e：将步骤d得到的产物经过洗涤，干燥；

步骤f：对步骤e中所得产物进行热处理，热解除去离子液体及多余的硫，获得硫化铜/氮掺杂石墨纳米复合材料。