[发明专利]一种氮碳掺杂改性二氧化锰复合材料及其制备方法

权利要求书

1.一种氮碳掺杂改性二氧化锰复合材料，具有核壳结构，所述氮碳掺杂改性二氧化锰复合材料的中心为多孔碳，所述多孔碳为ZIF-8颗粒煅烧处理后形成，所述多孔碳外表面包覆由二氧化锰纳米线构成的夹层，所述二氧化锰纳米线沉积在所述多孔碳外表面，二氧化锰纳米线沉积厚度为0.3～0.5μm；所述夹层外表面为氮碳复合层；所述氮碳复合层中氮的质量占所述氮碳复合层总重的5～15％；所述氮碳掺杂改性二氧化锰复合材料的方法包括以下步骤：

步骤1：将二水合醋酸锌、2-甲基咪唑与醇类溶剂混合后搅拌、静置、离心、干燥，得到ZIF-8颗粒；

步骤2：将步骤1得到的ZIF-8颗粒在惰性气氛下加热并保温，ZIF-8颗粒碳化后得到黑色粉末，将其酸化处理后洗涤、干燥，得到多孔碳；

步骤3：将步骤2得到的多孔碳加入到高锰酸钾溶液中，密封后加热进行水热反应，水热反应温度140-160℃，反应时间为6-12h，分离出产物后洗涤、干燥，得到二氧化锰纳米片包覆的多孔碳；

步骤4：将步骤3得到的二氧化锰纳米片包覆的多孔碳与含碳聚合单体混合，将其在惰性气氛下加热并保温，保温的温度为510-550℃，保温的时间为1-3h，发生碳化反应得到氮碳掺杂改性二氧化锰复合材料。

2.根据权利要求1所述氮碳掺杂改性二氧化锰复合材料，其特征在于：所述多孔碳为正十二面体结构，粒径为1-2μm。

3.一种电极，包含权利要求1或2所述氮碳掺杂改性二氧化锰复合材料。

4.一种锂离子电池，包括权利要求3所述电极作为负极，正极，以及设置在所述正极和所述负极之间的电解质。

5.一种锂-空气电池，包括权利要求3所述电极作为正极，负极，以及设置在所述正极和所述负极之间的电解质。

6.一种制备权利要求1或2所述氮碳掺杂改性二氧化锰复合材料的方法，包括以下步骤：

步骤1：将二水合醋酸锌、2-甲基咪唑与醇类溶剂混合后搅拌、静置、离心、干燥，得到ZIF-8颗粒；

步骤2：将步骤1得到的ZIF-8颗粒在惰性气氛下加热并保温，ZIF-8颗粒碳化后得到黑色粉末，将其酸化处理后洗涤、干燥，得到多孔碳；

步骤3：将步骤2得到的多孔碳加入到高锰酸钾溶液中，密封后加热进行水热反应，水热反应温度140-160℃，反应时间为6-12h，分离出产物后洗涤、干燥，得到二氧化锰纳米片包覆的多孔碳；

步骤4：将步骤3得到的二氧化锰纳米片包覆的多孔碳与含碳聚合单体混合，将其在惰性气氛下加热并保温，保温的温度为510-550℃，保温的时间为1-3h，发生碳化反应得到氮碳掺杂改性二氧化锰复合材料。

7.根据权利要求6所述制备氮碳掺杂改性二氧化锰复合材料的方法，其特征在于：所述步骤1中二水合醋酸锌和2-甲基咪唑的质量比为1:1-1:5。

8.根据权利要求6所述制备氮碳掺杂改性二氧化锰复合材料的方法，其特征在于：所述步骤1中醇类溶剂为无水甲醇、乙醇或者二者的组合。

9.根据权利要求6所述制备氮碳掺杂改性二氧化锰复合材料的方法，其特征在于：所述步骤1中搅拌和静置在室温下进行，静置时间为8-48h。

10.根据权利要求6所述制备氮碳掺杂改性二氧化锰复合材料的方法，其特征在于：所述步骤1中离心的转速为7000-10000rpm，时间为5-10min。

11.根据权利要求6所述制备氮碳掺杂改性二氧化锰复合材料的方法，其特征在于：所述步骤1中干燥为鼓风干燥，干燥温度为60-80℃，干燥时间为12-24h。

12.根据权利要求7所述制备氮碳掺杂改性二氧化锰复合材料的方法，其特征在于：所述步骤1中二水合醋酸锌和2-甲基咪唑的质量比为1:2-1:4。