[发明专利]缺陷基化合物锚定单原子复合材料及其制备方法与应用

权利要求书

1.一种缺陷基化合物锚定单原子复合材料，其特征在于包括缺陷基化合物、负载于所述缺陷基化合物上的金属单原子以及硫掺杂的纳米碳；所述硫掺杂的纳米碳具有多级孔结构，所述缺陷基化合物分布于所述硫掺杂的纳米碳的多级孔结构中；负载所述单原子的缺陷基化合物中金属单原子的含量为0.1~20at%；所述缺陷基化合物选自金属氧化物、金属硫化物、金属氮化物中的任意一种或两种以上的组合；

所述缺陷基化合物锚定单原子复合材料的制备方法包括：

将氧化石墨烯、碳纳米管、表面活性剂、多硫化物、金属盐前驱体和溶剂混合均匀，之后加入金属单原子前驱体，并于120~200℃发生水热反应12h；

以及，在NH₃和/或惰性气氛中，将所获水热反应产物于100~500℃热处理10~120min，获得缺陷基化合物锚定单原子复合材料。

2.根据权利要求1所述的缺陷基化合物锚定单原子复合材料，其特征在于：所述金属单原子选自铜、钼、铁、镍、钴、铂、钌、铑原子中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的缺陷基化合物锚定单原子复合材料，其特征在于：所述硫掺杂的纳米碳由硫掺杂氧化石墨烯和碳纳米管制得；所述硫掺杂的纳米碳的孔径为2~200nm，孔隙率为500~2000cm³/g。

4.根据权利要求1所述的缺陷基化合物锚定单原子复合材料，其特征在于：将氧化石墨烯、碳纳米管与表面活性剂超声分散于溶剂中，之后加入金属盐前驱体充分混合，形成第一分散液，之后向所获第一分散液中加入多硫化物溶液混合，再加入金属单原子前驱体。

5.根据权利要求4所述的缺陷基化合物锚定单原子复合材料，其特征在于：所述溶剂选自水；所述多硫化物溶液是由硫粉和硫化物溶于水形成的；所述硫化物选自硫化钠。

6.根据权利要求1所述的缺陷基化合物锚定单原子复合材料，其特征在于：在NH₃和/或惰性气氛中，采用2~10℃/min的升温速率将水热反应所获混合物的温度升至100~500℃。

7.根据权利要求1所述的缺陷基化合物锚定单原子复合材料，其特征在于：所述表面活性剂选自聚乙烯基吡咯酮。

8.根据权利要求1所述的缺陷基化合物锚定单原子复合材料，其特征在于：所述金属盐前驱体选自醋酸亚铁和/或醋酸亚钴。

9.根据权利要求1所述的缺陷基化合物锚定单原子复合材料，其特征在于：所述多硫化物选自多硫化钠。

10.根据权利要求1所述的缺陷基化合物锚定单原子复合材料，其特征在于：所述金属单原子前驱体选自醋酸铜、醋酸钼、醋酸铂、醋酸钌、醋酸铑、Ni(Ac)₂∙4H₂O、Co(Ac)₂、Fe(Ac)₃中的任意一种或两种以上的组合。

11.根据权利要求1所述的缺陷基化合物锚定单原子复合材料，其特征在于：所述氧化石墨烯、碳纳米管、表面活性剂、多硫化物、金属盐前驱体、金属单原子前驱体的质量比为0.01~0.1:0.2~1:0.001~0.01:0.5~1:3~8:0.1~1。

12.根据权利要求1所述的缺陷基化合物锚定单原子复合材料，其特征在于：所述缺陷基化合物锚定单原子复合材料的制备方法还包括：在所述水热反应完成后，对所获混合物进行过滤、洗涤、冷冻干燥处理。

13.权利要求1-12中任一项所述的缺陷基化合物锚定单原子复合材料于制备可充电锂金属基电池中的用途。

14.根据权利要求13所述的用途，其特征在于：所述用途为缺陷基化合物锚定单原子复合材料于制备锂硫电池或锂空气电池中的用途。