一种石墨烯负载氮掺杂碳纳米管复合材料及其制备和应用制造技术

本发明专利技术属于储能纳米材料领域，更具体地，涉及一种石墨烯负载氮掺杂碳纳米管复合材料及其制备和应用。其首先将金属有机框架材料生长在氧化石墨烯片层上，并利用成核促进剂促进有机配体质子化从而加速金属有机框架在氧化石墨烯上的成核和分散，得到氧化石墨烯均匀负载金属有机框架的前驱体，然后通过高温退火得到石墨烯负载氮掺杂碳纳米管材料。将该材料集成到空气电极应用于锌空气电池时在5mA cm-2

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯负载氮掺杂碳纳米管复合材料及其制备和应用


[0001]本专利技术属于储能纳米材料领域，更具体地，涉及一种石墨烯负载氮掺杂碳纳米管复合材料及其制备和应用。

技术介绍

[0002]可充电锌空气电池具有成本低，电压高，理论能量密度高，绿色环保等优点，被认为是最有前景的电池之一。然而，它们较差的能量转换效率和低寿命是限制其广泛应用的主要瓶颈，这些缺点主要源于氧还原(ORR)和氧析出(OER)反应的固有缓慢动力学，以及它们在苛刻的碱性电解质中的有限稳定性。为了解决上述问题，已经投入了大量精力来探索高活性和耐用性的双功能氧电催化剂。虽然贵金属催化剂，如铂(Pt)，钌(Ru)，铱(Ir)及其合金，已经显示出有希望的电催化性能，但是它们的稀缺性，高成本，催化双功能性以及稳定性差，大大限制了它们的广泛应用。因此，为了实现可充电锌空气电池的商业化，开发具有优异的双功能性和高稳定性的非贵金属催化剂是其中的关键内容和重要挑战。
[0003]碳质材料(例如石墨烯，碳纳米管和多孔碳)由于大的表面积，高的导电性和良好的电化学稳定性等，已经证明其为空气阴极的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯负载氮掺杂碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将氧化石墨烯溶液、过渡金属盐的有机溶液和有机配体的有机溶液，混合搅拌数小时，固液分离得到固体，其为氧化石墨烯负载金属有机框架材料的前驱体；所述有机配体的有机溶液中还包括成核促进剂，所述成核促进剂用于促进金属有机框架材料在氧化石墨烯表面结晶成核和均匀分散；(2)将步骤(1)获得的前驱体在还原气氛中进行退火处理，使所述前驱体中的过渡金属离子转化为金属纳米颗粒，并催化有机配体转化为氮掺杂碳纳米管，得到退火处理后的固体粉末；(3)将步骤(2)获得的退火处理后的固体粉末置于酸液中洗涤，除去不稳定的过渡金属纳米颗粒，固液分离并干燥后即为石墨烯负载氮掺杂碳纳米管复合材料。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述成核促进剂为能溶于有机溶剂的胺类物质，优选为乙胺、二乙基胺、三乙基胺、乙二胺和苄基三乙基氯化铵中的一种或多种。3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯溶液为将采用Hummer法氧化剥离得到的氧化石墨烯初始溶液溶于有机溶剂中得到，所述氧化石墨烯初始溶液的浓度为6-15g/L，其与有机溶剂按照体积比1:4-1:8混合得到所述氧化石墨烯溶液；所述过渡金属盐为铁金属盐、镍金属盐或钴金属盐；其为硝酸盐、醋酸盐或盐酸盐；所述过渡金属盐的有机溶液中过渡金属盐的浓度为0.03-0.0...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏宝玉，徐洋洋，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：