[发明专利]一种石墨烯基金属化合物纳米阵列材料制备与应用

权利要求书

1.一种石墨烯基金属化合物纳米阵列材料制备方法，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ZnCl₂ / KCl混合研磨，所述碳前躯物为葡萄糖和三聚氰胺的混合物或1-乙基-3-甲基咪唑二氰胺，将浆料涂覆在经过清洁的泡沫镍基材上，在惰性气氛中700 ~ 1000 ^oC热处理≥0.5h ，用稀酸水溶液、去离子水和无水乙醇洗涤后收集石墨碳纳米片CNS材料；

b、将步骤a中获得的石墨碳纳米片CNS于稀硝酸盐溶液中室温静置6~60h或电化学沉积，制备得到石墨烯基金属氢氧化物，石墨烯基氢氧化铁CNS@FeOOH、石墨烯基氢氧化钴CNS@CoOOH或石墨烯基氢氧化镍CNS@NiOOH；

c、将石墨烯基金属氢氧化物CNS@FeOOH、CNS@CoOOH或 CNS@NiOOH在氨气热处理，升温速率为2 ~ 15 ^oC /min，速度升温≥500 ^oC ，保持1 ~ 5h，得到石墨烯基金属氮化物CNS@FeN_x、CNS@CoN_x或CNS@NiN_x。

2.根据权利要求1所述的石墨烯基金属化合物纳米阵列材料制备方法，其特征在于：所述步骤a中所用的碳前驱物:ZnCl₂ : KCl的质量比为1:4:2。

3.根据权利要求1所述的石墨烯基金属化合物纳米阵列材料制备方法，其特征在于：所述步骤a中的热处理条件的惰性气体为氮气或氩气。

4.根据权利要求1所述的石墨烯基金属化合物纳米阵列材料制备方法，其特征在于：所述步骤b中的所用的溶液为10mmol/L~50mmol/L稀硝酸铁、硝酸钴或硝酸镍溶液。

5.根据权利要求1所述的石墨烯基金属化合物纳米阵列材料制备方法，其特征在于：所述步骤b中的电化学沉积电压为-1V。

6.一种根据权利要求1所述的石墨烯基金属化合物纳米阵列材料应用，其特征在于：所述的石墨烯基金属氮化物CNS@FeN_x、CNS@CoN_x或CNS@NiN_x纳米材料在能源存储与转换，金属离子电池、金属空气电池或超级电容器与电催化的应用。

7.根据权利要求6所述的石墨烯基金属化合物纳米阵列材料应用，其特征在于：所述的石墨烯基金属氮化物CNS@FeN_x、CNS@CoN_x或CNS@NiN_x可作为离子电池与电催化电极材料。

8.根据权利要求7所述的石墨烯基金属化合物纳米阵列材料应用，其特征在于：所述纳米材料用作离子电池负极材料的制作方法，步骤如下：

a.将工作电极石墨烯基金属氮化物CNS@FeN_x、CNS@CoN_x或CNS@NiN_x纳米材料在50 ~ 65^{oC真空干燥箱中烘干≥24h；}

b.以金属锂片为正极，体积比为1:1:1的EC、DMC、 EMC混合溶液中含有1mol/L的LiPF₆为电解液，以聚丙烯膜作为隔膜，在手套箱中组装纽扣电池。

9.根据权利要求6所述的石墨烯基金属化合物纳米阵列材料应用，其特征在于：石墨烯基金属氮化物CNS@FeN_x、CNS@CoN_x或CNS@NiN_x可用作电极催化材料并可应用于电化学催化反应之中，氧气还原与析出或氢气析出反应，在室温条件下，于0.1 ~ 1.0M的KOH溶液的电解液中即可测试电化学催化活性。