[发明专利]一种铁族碳化物纳米晶体-石墨烯纳米带复合材料、制备及其应用

权利要求书

1.铁族碳化物纳米晶体-石墨烯纳米带复合材料，其特征在于，底层为硅片，硅片上垂直生长石墨烯纳米带阵列，石墨烯纳米带阵列的顶端为铁族碳化物纳米晶体，铁族碳化物纳米晶体为Fe₃C、Co₃C、Ni₃C中的一种。

2.制备权利要求1的铁族碳化物纳米晶体-石墨烯纳米带复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将硅片分别经过甲醇、丙酮和异丙酮超声清洗，N₂吹干，通过电子束蒸发系统(E-Beam Evaporator)依次在硅片表面蒸镀8-12nm厚度的Al₂O₃和0.7-1.2nm厚度Fe；

(2)单壁碳纳米管阵列垂直生长：设置炉温为700-800℃，总气体流量为：H₂:200±10sccm、C₂H₂:2±0.5sccm和通过去离子水的H₂为200±10sccm，总气压为25±1Torr，热丝为单根钨丝，功率为30-35W；将步骤(1)中制得的镀层的硅片置于钨丝前方0.3-0.5cm，钨丝与硅片平行，使得气流经过热钨丝与硅片上的镀层反应，反应30s后将钨丝功率设置为0，总气压调节为6.4Torr，反应15min后完成单壁碳纳米管垂直阵列生长；

(3)将单根钨丝换成4根钨丝，设置炉温为700℃，总气体流量包括H₂:200sccm、CH₄:0.5sccm、通过去离子水的H₂15sccm，总气压为25Torr；设置钨丝总功率为75-85W，将步骤(2)中制得含有单壁碳纳米管垂直阵列的硅片置于钨丝正下方位置，反应30min后完成石墨烯纳米带垂直阵列制备；

(4)通过电子束蒸发系统(E-beam Evaporation)在步骤(3)所获得的石墨烯纳米带垂直阵列顶端蒸镀50-150nm厚的铁族元素Fe、Co或Ni；

(5)在炉温650-750℃下，总气体流量为H₂:200±10sccm、CH₄:0.5sccm、通过去离子水的H₂为200±10sccm，总气压为25±1Torr，热丝为四根钨丝，功率为75-85W条件下，将步骤(4)中制得的顶端为铁族元素的石墨烯纳米带阵列平行置于钨丝正下方，反应3-9h后完成铁族碳化物纳米晶体-石墨烯纳米带的制备。

3.按照权利要求2的方法，其特征在于，钨丝直径0.2-0.3mm，长度为8-12mm，可更改为一根，或四根。更改为四根时，四根钨丝水平、平行一排分开放置。

4.按照权利要求2的方法，其特征在于，步骤(2)中：将步骤(1)中制得的镀层的硅片置于钨丝前方0.5cm。

5.权利要求1的铁族碳化物纳米晶体-石墨烯纳米带复合材料去除底层硅片后在析氢催化和氧还原催化中的应用。

6.按照权利要求4的应用，其特征在于，在酸性条件下析氢催化，在碱性条件下氧还原催化。