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专利号: 2015100361786
申请人: 西华师范大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 基本电气元件
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种氮掺杂石墨烯与四氧化三钴空心纳米球复合材料,其特征在于,所述复合材料包括氮掺杂石墨烯基质,和附着于所述氮掺杂石墨烯基质上的四氧化三钴空心球。

2.一种制备如权利要求1所述的氮掺杂石墨烯与四氧化三钴空心纳米球复合材料的方法,其特征在于,包括以下步骤:

1)氧化石墨分散液的制备:以石墨为原料制备氧化石墨,并将制得的氧化石墨超声分散于水中,配制成氧化石墨分散液备用;

2)含氮前驱体的制备:将三聚氰胺与甲醛按物质的量之比为1:2~5溶于水中,在

50-90℃下加热,搅拌,得到透明的含氮前驱体三聚氰胺树脂溶液;

3)将所述氧化石墨分散液与所述三聚氰胺树脂溶液按体积比8~12:1混匀,并按每克氧化石墨投入10~20mmol钴盐的比例加入所述钴盐,搅拌或超声,使其形成均匀分散液;其中,所述钴盐为氯化钴、醋酸钴、硫酸钴或硝酸钴中的一种或两种以上任意比例的混合物;

4)水热处理:将所述混合分散液于120~180℃下反应8~15小时,分离沉淀、洗涤、干燥,得到固体粉末;

5)热解:将所述固体粉末在氮气保护下热解,得到氮掺杂石墨烯/钴复合材料;

6)氧化处理:将所述氮掺杂石墨烯/钴复合材料在空气中氧化处理,即得所述氮掺杂石墨烯与四氧化三钴空心纳米球复合材料。

3.根据权利要求2所述的氮掺杂石墨烯与四氧化三钴空心纳米球复合材料的制备方法,其特征在于,步骤1)所述氧化石墨的具体制备方法为:将石墨与硝酸钠以质量比2~

4:1加入浓硫酸中,搅拌下加入2~5倍于所述石墨质量的高锰酸钾,混合均匀,用冰水浴控制温度低于20℃搅拌0.5~3h,然后升高温度至32~38℃反应1~4h,缓慢滴加35~

50倍石墨质量的去离子水,充分搅拌均匀,待体系温度下降时加入双氧水终止反应,抽滤、洗涤、干燥后即得氧化石墨。

4.根据权利要求2所述的氮掺杂石墨烯与四氧化三钴空心纳米球复合材料的制备方法,其特征在于,步骤5)中,所述热解温度为450-650℃,热解时间为1~2小时。

5.根据权利要求2所述的氮掺杂石墨烯与四氧化三钴空心纳米球复合材料的制备方法,其特征在于,步骤6)中,所述氧化处理温度为150~300℃,氧化时间为1~2小时。

6.如权利要求1所述的氮掺杂石墨烯与四氧化三钴空心纳米球复合材料的应用。

7.根据权利要求6所述的氮掺杂石墨烯与四氧化三钴空心纳米球复合材料的应用,其特征在于,所述复合材料用作电极材料。

8.根据权利要求7所述的氮掺杂石墨烯与四氧化三钴空心纳米球复合材料的应用,其特征在于,所述电极材料用于锂离子电池、钠离子电池或超级电容器。

9.根据权利要求6所述的氮掺杂石墨烯与四氧化三钴空心纳米球复合材料的应用,其特征在于,所述复合材料用作催化剂。

10.根据权利要求9所述的氮掺杂石墨烯与四氧化三钴空心纳米球复合材料的应用,其特征在于,所述催化剂为氧还原电催化剂,用于燃料电池或金属-空气电池;所述催化剂或用于精细化学品合成、电化学传感器和生物传感器。