[发明专利]硫化钴/氮硫共掺杂碳空心球复合材料及其制备方法

权利要求书

1.一种硫化钴/氮硫共掺杂碳空心球复合材料，其特征在于，该复合材料由直径1-2微米的氮硫共掺杂碳空心球和直径3-20纳米的硫化钴Co₉S₈颗粒组成；其中，氮硫共掺杂碳空心球由相互连接且厚度为10-20纳米、径向尺寸为200-500纳米的碳纳米片组成，碳纳米片上具有小于2纳米的微孔和2-50纳米介孔，Co₉S₈颗粒均匀地负载在碳纳米片上；氮硫共掺杂碳中C/N原子比为10-50，C/S原子比为20-70，Co₉S₈在复合材料中所占质量百分数为5-20％。

2.一种权利要求1所述的硫化钴/氮硫共掺杂碳空心球复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将二价金属离子M²⁺的可溶性盐、三价金属离子M^'3+的可溶性盐、六次甲基四胺及氟化铵混合，溶于脱二氧化碳的去离子水中配制得到混合溶液；在氮气保护下将上述混合溶液与含氮硫的有机小分子阴离子A^-的可溶性盐混合，转入水热反应釜中在80-120℃温度下反应8-24小时；将反应后得到的悬浊液过滤，用去离子水和乙醇洗涤滤饼至滤液pH值为7-7.5，然后将滤饼在60-80℃干燥6-12小时，得到具有插层结构的层状双羟基复合金属氧化物；

(2)在氮气或氩气气氛下，将(1)中插层结构层状双羟基复合金属氧化物以2-10℃/分钟速率升温至700-1000℃煅烧1-10小时，自然冷却至室温，得到煅烧产物；

(3)按照2-5克/升的固液比将(2)中煅烧产物置于稀酸溶液中酸化处理12-48小时，将反应后得到的悬浊液过滤，用去离子水洗涤滤饼至滤液pH值为6.8-7，然后将所得黑色沉淀在60-80℃干燥6-12小时，即得到Co₉S₈/氮硫共掺杂碳空心球。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述二价金属离子M²⁺的可溶性盐为Co的硝酸盐、硫酸盐、草酸盐或氯化物中的一种或多种，所述三价金属离子M^'3+的可溶性盐为Al的硝酸盐、硫酸盐、草酸盐或氯化物中的一种或多种。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述混合溶液中二价金属离子M²⁺与三价金属离子M^'3+的物质的量的比为2-4:1，且二价金属离子M²⁺和三价金属离子M^'3+的总浓度为0.1-0.4摩尔/升。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述六次甲基四胺的物质的量为所述二价金属离子M²⁺和三价金属离子M^'3+总物质的量的1.25倍；所述氟化铵的物质的量与所述二价金属离子M²⁺和三价金属离子M^'3+总物质的量相等。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述含氮硫的有机小分子阴离子A^-的可溶性盐为间氨基苯磺酸钠、对氨基苯磺酸钠、邻氨基苯磺酸钠中的一种，且含氮硫的有机小分子阴离子A^-与二价金属离子M²⁺的物质的量之比为3-4:1。

7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述稀酸溶液为盐酸、硫酸中的一种且稀酸溶液的质量百分比浓度为5-20％。