[发明专利]一种双金属共掺杂碳纳米复合材料、双金属-氮-碳纳米催化剂及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种双金属共掺杂碳纳米复合材料，其特征在于，包括碳基底以及通过非共价键共组装在所述碳基底上的二茂铁-苯丙氨酸和另一种除铁以外的过渡金属，所述另一种除铁以外的过渡金属通过配位键与二茂铁-苯丙氨酸结合，所述二茂铁-苯丙氨酸、另一种除铁以外的过渡金属、碳基底共同形成树莓状纳米球结构。

2.根据权利要求1所述的双金属共掺杂碳纳米复合材料，其特征在于，所述另一种除铁以外的过渡金属为钴、锰或镍；所述碳基底为超导炭黑；所述树莓状纳米球的平均粒径为200nm～240nm。

3.一种如权利要求1或2所述的双金属共掺杂碳纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将二茂铁-苯丙氨酸溶于有机溶剂中，超声分散，得二茂铁-苯丙氨酸溶液；

(2)将除铁以外的可溶性过渡金属盐溶于二次水中，震荡分散，得过渡金属盐溶液；

(3)取超导炭黑、步骤(1)所得二茂铁-苯丙氨酸溶液、步骤(2)所得过渡金属盐溶液混合，超声分散，得混合液；

(4)将步骤(3)所得混合液置于高压反应釜中进行水热处理，然后水洗、真空冷冻干燥，即得双金属共掺杂碳纳米复合材料，所述水热处理的温度为150℃～180℃，水热时间为12h。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述二茂铁-苯丙氨酸溶液的浓度为75mg/mL～100mg/mL，所述超声分散的时间为0.5min～1min；所述步骤(2)中，所述过渡金属盐溶液的浓度为190mmol/L～210mmol/L；所述真空冷冻干燥的时间为10h～15h。

5.一种双金属-氮-碳纳米催化剂，为核壳结构，其特征在于，包括位于核壳结构内部的双金属纳米粒子以及包覆所述双金属纳米粒子的氮掺杂碳层；

所述双金属-氮-碳纳米催化剂通过如下方法制备得到：

将权利要求1或2所述的双金属共掺杂碳纳米复合材料或者如权利要求3或4所述的制备方法制备得到的双金属共掺杂碳纳米复合材料与双氰胺混合，研磨，然后在保护气氛下碳化处理，即得双金属-氮-碳纳米催化剂。

6.根据权利要求5所述的双金属-氮-碳纳米催化剂，其特征在于，所述双金属纳米粒子为包含两种过渡金属元素的纳米粒子，所述两种过渡金属元素中的一种为铁。

7.根据权利要求5或6所述的双金属-氮-碳纳米催化剂，其特征在于，所述双金属纳米粒子的平均粒径为26nm～30nm，所述氮掺杂碳层的平均厚度为45nm～55nm。

8.根据权利要求5所述的双金属-氮-碳纳米催化剂，其特征在于，所述双金属共掺杂碳纳米复合材料和双氰胺的投料质量比为1：(2.8～3.2)；所述研磨的时间为20min～30min，所述碳化处理的温度为700℃～900℃，碳化处理时间为2h～3h。

9.一种如权利要求5～8中任一项所述的双金属-氮-碳纳米催化剂在催化氧气还原反应中的应用。