[发明专利]一种金属掺杂碳管/碳片复合材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种金属掺杂碳管/碳片复合材料的制备方法，其特征在于：所述的方法如下：

(1)将层状金属氢氧化物加入到溶剂中并搅拌均匀，然后加入表面活性剂，再次搅拌溶解，然后超声1～3h，得到有机改性层状金属氢氧化物混合液；

(2)将有机配体加入到步骤(1)的混合液中，搅拌0.5～1.5h，得到含有机配体的混合液，将金属盐加入到含有机配体的混合液中，配位反应1～3小时，反应结束后进行干燥，即可得到金属配合物包覆的有机改性层状金属氢氧化物复合前驱体；

其中：层状金属氢氧化物、表面活性剂与有机配体的质量比为1：(0.01-3)：(0.1-5)；金属盐与有机配体的摩尔比为1：(1-15)；

步骤(2)中的金属盐为铁盐、镍盐、锰盐、钴盐中的一种，金属盐的形式为氯化盐、硝酸盐中的一种；

(3)将步骤(2)得到的复合前驱体放于管式炉中，高温碳化反应，金属配合物在有机改性层状金属氢氧化物表面碳化形成碳纳米片，同时在升温过程中金属催化原位生长碳管，获得金属掺杂碳管/碳片/金属氧化物复合材料；

步骤(3)所述高温碳化的气氛为氮气、氩气中的一种，碳化温度为700-1000℃，碳化时间为1-4h；

(4)称取步骤(3)得到的金属掺杂碳管/碳片/金属氧化物复合材料加入到盐酸溶液中1～5h，去除金属氧化物，再经过离心、洗涤、干燥，得到金属掺杂碳管/碳片复合材料；

其中：步骤(1)所述层状金属氢氧化物为氢氧化铝、氢氧化镁、氢氧化镍、氢氧化锌、氢氧化镁铝、氢氧化钴中的一种，溶剂为水、甲醇、乙醇中的一种；步骤(1)所述的表面活性剂为十六烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵和十八烷基三甲基氯化铵中的一种。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(2)所述的有机配体为三苯基磷、邻苯二胺、对苯二甲酸、邻菲罗啉、咔唑、2-甲基咪唑、三聚氰胺的一种或者多种。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(1)和(2)加入的层状金属氢氧化物、表面活性剂与有机配体的质量比为1：(0.05-0.5)：(0.5-3)；步骤(2)加入的金属盐与有机配体的摩尔比为1：(2-7)。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(4)中金属掺杂碳管/碳片/金属氧化物复合材料与盐酸溶液的质量体积比为0.1～1g：80～150mL，盐酸溶液的浓度为0.5～1.5M。

5.一种金属掺杂碳管/碳片复合材料，其特征在于：该材料是通过如下方法制备得到：

(1)将层状金属氢氧化物加入到溶剂中并搅拌均匀，然后加入表面活性剂，再次搅拌溶解，然后超声1～3h，得到有机改性层状金属氢氧化物混合液；

(2)将有机配体加入到步骤(1)的混合液中，搅拌0.5～1.5h，得到含有机配体的混合液，将金属盐加入到含有机配体的混合液中，配位反应1～3小时，反应结束后进行干燥，即可得到金属配合物包覆的有机改性层状金属氢氧化物复合前驱体；

其中：层状金属氢氧化物、表面活性剂与有机配体的质量比为1：(0.01-3)：(0.1-5)；金属盐与有机配体的摩尔比为1：(1-15)；

步骤(2)中的金属盐为铁盐、镍盐、锰盐、钴盐中的一种，金属盐的形式为氯化盐、硝酸盐中的一种；

(3)将步骤(2)得到的复合前驱体放于管式炉中，高温碳化反应，金属配合物在有机改性层状金属氢氧化物表面碳化形成碳纳米片，同时在升温过程中金属催化原位生长碳管，获得金属掺杂碳管/碳片/金属氧化物复合材料；

步骤(3)所述高温碳化的气氛为氮气、氩气中的一种，碳化温度为700-1000℃，碳化时间为1-4h；

(4)称取步骤(3)得到的金属掺杂碳管/碳片/金属氧化物复合材料加入到盐酸溶液中1～5h，去除金属氧化物，再经过离心、洗涤、干燥，得到金属掺杂碳管/碳片复合材料；

其中：步骤(1)所述层状金属氢氧化物为氢氧化铝、氢氧化镁、氢氧化镍、氢氧化锌、氢氧化镁铝、氢氧化钴中的一种，溶剂为水、甲醇、乙醇中的一种；步骤(1)所述的表面活性剂为十六烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵和十八烷基三甲基氯化铵中的一种。

6.权利要求1所述制备方法制得的金属掺杂碳管/碳片复合材料在作为催化剂进行电催化氧还原反应的应用。