[发明专利]原位合成三维纳米多孔石墨烯包覆金属氧化物/氢氧化物/硫化物复合材料的制备方法

摘要

本发明涉及一种原位合成三维纳米多孔石墨烯包覆金属氧化物/氢氧化物/硫化物复合材料的制备方法，包括：制备多成分纳米多孔金属；在纳米多孔金属表面生长氮掺杂石墨烯；三维氮掺杂石墨烯包覆纳米多孔金属的部分刻蚀；金属氧化物/氢氧化物/硫化物的原位生长。

主权项

1.一种原位合成三维纳米多孔石墨烯包覆金属氧化物/氢氧化物/硫化物复合材料的制备方法，包括下列步骤：1)制备多成分纳米多孔金属选取NixCu30‑xMn70或NixCo30‑xMn70多成分合金箔片，其中x的数值范围为0～30，利用化学方法去合金化处理形成双连续的三维纳米多孔结构，经清洗和干燥处理后得到初始孔结构的纳米多孔金属；2)在纳米多孔金属表面生长(氮掺杂)石墨烯将初始孔结构的纳米多孔金属放入石英舟中，然后将此石英舟置于反应石英管处于炉膛的外部区域；首先通入氢气与氩气，气体流量配比为H2(100～200sccm)：Ar(200～500sccm)，并将混气系统压力调为20Torr，炉温升至600～1000℃；当炉膛升至指定的温度后将石英舟快速的移入炉膛中部的高温区，在此温度下煅烧1～30分钟；然后再通入氨气、乙炔或甲烷、氢气和氩气，其中气体流量配比为NH3(0～50sccm)：C2H2或CH4(5～50sccm)：H2(100～200sccm)：Ar(200～500sccm)，在此温度下反应3～10分钟；反应完后将石英舟快速的从炉膛中部高温区移至炉膛外低温区，并在纯氩气的气氛下进行快速降温，待反应炉管温度降至室温后，打开炉盖并将样品从石英舟中取出，即得到了三维氮掺杂石墨烯包覆纳米多孔金属的复合结构；3)三维氮掺杂石墨烯包覆纳米多孔金属的部分刻蚀首先配置好0.5～6M(2～3M)的盐酸溶液，充分搅拌使溶液混合均匀；然后将上述得到的三维氮掺杂石墨烯包覆纳米多孔金属复合结构置于此溶液中，恒定温度为20～100℃(40～60℃)，处理时间为1～24h(2‑8h)；处理完后用去离子水和无水乙醇反复清洗多次，放到真空干燥箱中进行干燥即得到了三维氮掺杂石墨烯包覆部分纳米多孔金属的复合结构；4)金属氧化物/氢氧化物/硫化物的原位生长配置所需的硫化溶液：0.1～5M的Na2S或CH4N2S溶液；或氧化/氢氧化溶液：质量分数1～30wt％的双氧水，充分搅拌使溶液混合均匀；然后将上一步得到的三维氮掺杂石墨烯包覆部分纳米多孔金属的复合结构与配好的硫化或氧化/氢氧化溶液一同倒入水热反应釜内衬中，将水热反应釜装好并拧紧后置于鼓风烘箱中进行水热，温度设定为50～200℃，时间为5～35h；反应完全后待水热釜降至室温后打开并取出样品，清洗干净并真空干燥，即得到所需的材料。