[发明专利]原位合成三维纳米多孔石墨烯包覆金属氧化物/氢氧化物/硫化物复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种原位合成三维纳米多孔石墨烯包覆金属氧化物/氢氧化物/硫化物复合材料的制备方法，包括：制备多成分纳米多孔金属；在纳米多孔金属表面生长氮掺杂石墨烯；三维氮掺杂石墨烯包覆纳米多孔金属的部分刻蚀；金属氧化物/氢氧化物/硫化物的原位生长。

技术领域

本发明属于纳米材料的制备技术领域，具体涉及一种原位合成三维纳米多孔(氮掺杂)石墨烯包覆金属氧化物/氢氧化物/硫化物复合材料的制备方法。

背景技术

随着传统的不可再生矿物能源的日益枯竭及其消耗过程中带来的环境污染问题，寻求可持续的清洁能源和发展先进的储能装置对研究者提出了更加迫切的要求。石墨烯是一种由碳原子紧密堆积而成的单层二维碳质材料，具有极高的理论比表面积(2620m²/g)和优异的电学、光学、力学等性能，应用前景广泛。尤其是在电化学储能领域，因其良好的电导率，电化学稳定性，快速的充放电等特点具有很好的发展潜力。构造三维结构能够有效降低石墨烯的团聚，而且赋予其很多独特的特性，如多孔性、柔韧性，高的活性比表面积和优异的导电性等。近年来国内外对三维石墨烯及其复合材料的制备及应用研究十分活跃。

传统的过渡金属氧化物、氢氧化物、硫化物以及其复合结构作为一种新型的功能材料，具有高的理论容量、丰富的反应活性位点、价格低廉和环境友好性等特点，发展潜力巨大。目前合成金属氧化物/氢氧化物/硫化物的方法有很多，如水热合成法、电化学沉积法和离子交换法等。与上述制备方法相比，以金属(金属泡沫，金属箔片等)为基体与前驱体，原位生长相应的金属氧化物/氢氧化物/硫化物及其复合结构具有制备流程简单，活性物质与基体间结合力强等优点，优势明显。而由单纯的金属无机物构成的复合材料，较差的导电性与稳定性限制了其广泛的应用。在金属无机物表面包覆一层碳材料如石墨烯，不仅能有效地提高复合材料的导电性，还可以抑制金属无机物在电化学反应中体积的收缩与膨胀，进而提高材料的稳定性，是改善性能的一种有效解决办法。因此，三维石墨烯与金属无机物复合的功能材料，如应用在超级电容器，电催化，锂离子电池和锂硫电池等，受到了广泛的研究。

纳米多孔金属因其连续的三维纳米多孔结构而具有很多优异的特点：比表面积大、密度小、导热导电性好和高的化学稳定性等等，在储能材料、催化材料、传感器等领域都有广泛的应用。同时，纳米多孔金属能够作为生长高质量，自支撑三维纳米石墨烯的模板，而且可以在一定的尺度上对三维的孔结构进行调节，甚至可以对多孔金属的合金成分进行调控，这些特点都使它具有很大的发展潜力。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种以纳米多孔金属为基体原位合成三维纳米多孔(氮掺杂)石墨烯包覆金属氧化物/氢氧化物/硫化物复合材料的制备方法，该制备方法工艺流程简单，成本低廉，所制备的三维纳米多孔材料具有优良的电化学性能，适合工业化的生产。技术方案如下：

一种原位合成三维纳米多孔石墨烯包覆金属氧化物/氢氧化物/硫化物复合材料的制备方法，包括下列步骤：

1)制备多成分纳米多孔金属

选取Ni_xCu_30-xMn₇₀或Ni_xCo_30-xMn₇₀多成分合金箔片，其中x的数值范围为0～30，利用化学方法去合金化处理形成双连续的三维纳米多孔结构，经清洗和干燥处理后得到初始孔结构的纳米多孔金属；

2)在纳米多孔金属表面生长(氮掺杂)石墨烯