[发明专利]一种铁/钴/镍氮耦合的碳基复合材料及其应用

权利要求书

1.一种铁/钴/镍氮耦合的碳基复合材料在酸性条件下作为电解水氧化反应的阳极材料的应用，其化学组成式为：

MN_x/NC/EG，其中，MN_x为耦合活性位点，M为金属元素Fe、Co或Ni，3≤x≤5；NC为碳化后的聚苯胺；EG为三维石墨烯；

铁/钴/镍氮耦合的碳基复合材料的制备方法包括以下步骤：

(1)将石墨片通过电剥离方法，转化为含三维石墨烯的石墨片；

(2)以步骤(1)得到的含三维石墨烯的石墨片为基底，采用电聚合方法负载苯胺，得到聚苯胺-三维石墨烯复合材料；

(3)将步骤(2)得到的聚苯胺-三维石墨烯复合材料浸渍在含铁盐/钴盐/镍盐溶液中吸附铁/钴/镍元素10～30h；经水洗、高温碳化、酸洗、二次水洗、干燥后得铁/钴/镍氮耦合碳基复合材料MN_x/NC/EG；

所述高温碳化的条件为：惰性气体保护，温度为400～1200℃，高温碳化时间为0.5～5h；

所述的铁盐为九水硝酸铁、醋酸铁、三氯化铁或硫酸铁，所述铁盐溶液中铁离子浓度为0.001～10g/L；钴盐为硝酸钴、醋酸钴、氯化钴或硫酸钴，所述钴盐溶液中钴离子浓度为0.001～10g/L；镍盐为硝酸镍、醋酸镍、氯化镍或硫酸镍，所述镍盐溶液中镍离子浓度为0.001～10g/L。

2.根据权利要求1所述的铁/钴/镍氮耦合的碳基复合材料在酸性条件下作为电解水氧化反应的阳极材料的应用，其特征在于，所述的MN_x耦合活性位点为FeN₄。

3.根据权利要求1所述的在酸性条件下作为电解水氧化反应的阳极材料的应用，其特征在于，所述的电剥离方法的反应条件为电压0～10V，电剥离时间0～15min。

4.根据权利要求1所述的在酸性条件下作为电解水氧化反应的阳极材料的应用，其特征在于，所述的电聚合方法采用三电极体系，其中，工作电极为电剥离后的含三维石墨烯的石墨片，对电极为铂片，参比电极为饱和的甘汞电极；所述的电聚合用电解液由苯胺、盐酸和去离子水组成，其体积比为4.5～6:8～10:85～90；其中，所用盐酸的质量分数为36.0～38.0％。

5.根据权利要求1所述的铁/钴/镍氮耦合的碳基复合材料在酸性条件下作为电解水氧化反应的阳极材料的应用，其特征在于，所述的苯胺与含三维石墨烯的石墨片的质量比为1:500～5000。

6.根据权利要求1所述的铁/钴/镍氮耦合的碳基复合材料在酸性条件下作为电解水氧化反应的阳极材料的应用，其特征在于，所述铁盐溶液中铁离子浓度为0.5～5g/L；所述钴盐溶液中钴离子浓度为0.5～5g/L；所述镍盐溶液中镍离子浓度为0.5～5g/L。

7.根据权利要求1所述的铁/钴/镍氮耦合的碳基复合材料在酸性条件下作为电解水氧化反应的阳极材料的应用，其特征在于，所述高温碳化的条件为：惰性气体保护，温度为850～950℃，高温碳化时间为0.5～5h。