[发明专利]一种铁钴铂载三维网状表面的空心碳球复合物的制备方法及其产品和应用

权利要求书

1.一种铁钴铂载三维网状表面的空心碳球复合物的制备方法，其特征是包括以下步骤：

（1）制备碳氮复合物包裹的二氧化硅球SiO₂@C-N，具体过程为：将120mL水、280mL乙醇和14mL浓氨水混合均匀，在搅拌下逐滴加入18mL硅酸四乙酯，加完后继续搅拌3小时，所得固体离心分离，用水、乙醇各洗三次后在60^oC下真空干燥12小时，研磨均匀，得到粒径为250nm左右的二氧化硅球；接着该二氧化硅球超声分散于乙醇中，在不断搅拌下加入浓度为30mmol·L^-1的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液，形成均匀分散液，同时往该分散液中通入氮气，并加入浓度为40mmol·L^-1的多巴胺溶液，继续通氮气一定时间后，停止通入氮气，在常温下搅拌充分，所得沉淀用水洗后，在40^oC真空干燥，得到固体粉末；最后将该固体粉末在管式炉中，于氮气气氛中以4^oC·min^-1的升温速度加热到850^oC，并在此温度下保持2小时；最后冷却至室温，所得固体颗粒即为碳氮复合物包裹的二氧化硅球SiO₂@C-N；

（2）在SiO₂@C-N表面沉积Zn-MOF，得到SiO₂@C-N@Zn-MOF，具体过程为：将1g上述制备的SiO₂@C-N颗粒超声分散于20mL二甲基甲酰胺中，随后加入80 mg聚乙烯吡咯烷酮，搅拌5min后，加入700 mg六水硝酸锌，继续搅拌30 min,之后再加入400 mg均苯三甲酸，所得混合物继续搅拌30 min后，从室温加热至120 ^OC，并在此温度下保持10 h；冷却至室温后，过滤，乙醇洗，40 ^oC下真空干燥，得到SiO₂@C-N@Zn-MOF；

（3）将上述SiO₂@C-N@Zn-MOF与三聚氰胺按质量比1:(1－10)混合，然后在乙醇中于球磨机内充分研磨；之后蒸去乙醇，室温下真空干燥，所得固体转移至管式炉中，在氮气气氛中以4^oC·min^-1的速度加热到550 ^oC，并在此温度下保持2h；冷却至室温后，在不断搅拌下将固体浸泡在1 mol·L^-1HCl溶液中；最后过滤，水洗至中性后，40 ^oC下真空干燥，得到三维网状氮掺杂碳层包裹的二氧化硅球SiO₂@3D-C-N；

（4）将钴化合物和铁化合物按一定摩尔比溶解于乙醇中，形成均匀的溶液态；随后加入上述SiO₂@3D-C-N，所得混合物在室温不断搅拌下加热至70 ^oC并保持一定时间；最后蒸去乙醇，室温下真空干燥，所得固体转移至管式炉中，在氮气气氛中以4 ^oC·min^-1的速度加热到900 ^oC，并在此温度下保持一定时间；冷却至室温，得到黑色固体为铁-钴-氮掺杂的三维网状碳层包裹的二氧化硅球SiO₂@3D-C-N/FeCo；

所述钴化合物和铁化合物的摩尔比为1:(0.2－2)；

所述钴化合物为四水合乙酸钴Co(CH₃COO)₂·4H₂O，或乙酰丙酮钴Co(C₅H₇O₂)₂，或卟啉钴C₄₈H₃₆CoN₄O₄，或酞菁钴C₃₂H₁₆CoN₈；

所述铁化合物为四水合乙酸铁Fe(CH₃COO)₃·4H₂O，或乙酰丙酮铁C₁₅H₂₁FeO₆，或酞菁亚铁C₃₂H₁₆FeN₈；

所述SiO₂@3D-C-N的质量与钴化合物中钴的质量之比为1:(0.02－0.2)；

（5）将一定量的上述SiO₂@3D-C-N/FeCo黑色固体与甘油混合，室温下充分搅拌，形成均匀的黑色固体分散液；另将一定量铂化合物与甘油混合，形成5 mg·mL^-1的铂化合物溶液；随后迅速将一定量的该铂化合物溶液在不断搅拌下加入到黑色固体分散液中，同时将该混合物加热到150 ^oC，在不断搅拌下保持一定时间后冷却至室温，过滤，分别用乙醇和水洗，所得固体60 ^oC下真空干燥，得到铁-钴-铂-氮掺杂的三维网状碳层包裹的二氧化硅球SiO₂@3D-C-N/FeCoPt；

所述铂化合物溶液和SiO₂@3D-C-N/FeCo黑色固体的体积质量为5 mL：300 mg－3000mg;

（6）将上述SiO₂@3D-C-N/FeCoPt在氮气气氛中以4^oC·min^-1的速度加热到600 ^oC，并在此温度下保持一定时间后冷却至室温，所得固体在4mol·L^-1HF溶液中浸泡一定时间；最后过滤，水洗至中性后，60 ^oC下真空干燥，所得黑色粉末为一种铁钴铂载三维网状表面的空心碳球复合物。