[发明专利]石墨烯/碳纳米管框架包裹Fe3

权利要求书

1.一种石墨烯/碳纳米管框架包裹Fe₃C催化剂，其特征在于，所述催化剂分子结构为“Fe₃C@N-F-GCNTs”；所述催化剂由“纳米筛状”的石墨烯和“竹节状”碳纳米管作为外框架，金属物相Fe₃C被包裹于石墨烯/碳纳米管框架中；所述石墨烯/碳纳米管框架为N/F双掺杂且富含边缘缺陷位；

所述石墨烯/碳纳米管框架中石墨烯层的厚度为2-3nm。

2.如权利要求1中所述的石墨烯/碳纳米管框架包裹Fe₃C催化剂，其特征在于，所述石墨烯/碳纳米管框架中石墨烯层的厚度为2.5nm。

3.一种如权利要求1或2所述的石墨烯/碳纳米管框架包裹Fe₃C催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）将三聚氰胺、PVDF和Fe(C₂H₃O₂)₂混合均匀，制得催化剂前驱体，其中Fe(C₂H₃O₂)₂和PVDF的质量比为0.2-2：1，三聚氰胺和PVDF的质量比为0.5-10：1；

2）惰性气体保护下煅烧步骤1）中所得催化剂前驱体，煅烧温度为600-1200℃，升温速率为2-10℃ min^-1,煅烧时间为0.5-6h;

3）用酸浸洗步骤2）中所得产品，将酸洗后的产品洗涤至中性，干燥；所述酸的浓度为0.5-3mol L^-1，酸洗温度为30-100℃，时间为1-48h；

4）二次煅烧步骤3）中所得产品，得到目标催化剂；煅烧温度为600-1200℃，升温速率为2-10℃ min^-1,煅烧时间为0.5-6h。

4.如权利要求3所述的石墨烯/碳纳米管框架包裹Fe₃C催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1）中所述的PVDF可替换为PTFE或PVDF和PTFE的混合物。

5.如权利要求3所述的石墨烯/碳纳米管框架包裹Fe₃C催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1）中所述的三聚氰胺可替换为双氰胺或三聚氰胺和双氰胺的混合物。

6.如权利要求3所述的石墨烯/碳纳米管框架包裹Fe₃C催化剂的制备方法，其特征在于，步骤3）中所用的酸为H₂SO₄、HClO₄、HNO₃、HCl中的一种或两种以上的混合。

7.如权利要求3所述的石墨烯/碳纳米管框架包裹Fe₃C催化剂的制备方法，其特征在于，步骤3）中的干燥温度为30-90℃，干燥时间为1-48h。

8.如权利要求3所述的石墨烯/碳纳米管框架包裹Fe₃C催化剂的制备方法，其特征在于，步骤3）中所述的洗涤为采用水和乙醇洗涤，低压抽滤或离心分离；所述的干燥为空气气氛中烘箱干燥、搅拌干燥或真空干燥。

9.如权利要求1或2所述的石墨烯/碳纳米管框架包裹Fe₃C催化剂的应用，其特征在于，所述石墨烯/碳纳米管框架包裹Fe₃C催化剂用作燃料电池、金属空气电池、电解水氧电催化剂。