[发明专利]一种石墨烯支撑氮掺杂碳膜包覆四氧化三钴复合材料及制备与应用

权利要求书

1.一种石墨烯支撑氮掺杂碳膜包覆四氧化三钴复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)将P123、钴盐和三聚氰胺分别配成水溶液，得到P123溶液、钴盐溶液和三聚氰胺溶液；

2)将钴盐溶液加入P123溶液中，搅拌混合，加入三聚氰胺溶液，继续搅拌，得混合溶液；

3)将石墨烯分散于水中，得到石墨烯悬浮液；将石墨烯悬浮液加入步骤2)的混合溶液中混合均匀，升温搅拌直至水蒸干，得前驱体粉体材料；

4)将步骤3)所得前驱体粉体材料，在惰性气体气氛下，升温至150-200℃进行预烧，然后在220-350℃进行煅烧；最后在750-900℃继续煅烧，得到黑色粉体材料；

5)将步骤4)所得黑色粉体材料进行清洗，烘干，得到石墨烯支撑氮掺杂碳膜包覆四氧化三钴纳米颗粒复合材料。

2.根据权利要求1所述石墨烯支撑氮掺杂碳膜包覆四氧化三钴复合材料的制备方法，其特征在于：步骤1)中所述钴盐与P123的质量比为(20～50)mg：(0.1～1)g；所述三聚氰胺与P123的质量比为(0.2～2)g：(0.1～1)g；步骤3)中所述石墨烯悬浮液中石墨烯与混合溶液中钴盐的质量比为(16～80)mg：(20～50)mg。

3.根据权利要求1所述石墨烯支撑氮掺杂碳膜包覆四氧化三钴复合材料的制备方法，其特征在于：步骤1)中所述钴盐为硫酸钴、硝酸钴和醋酸钴中的一种以上。

4.根据权利要求1所述石墨烯支撑氮掺杂碳膜包覆四氧化三钴复合材料的制备方法，其特征在于：步骤4)中所述预烧时间为1-5h；所述煅烧时间为1-6h；所述继续煅烧时间为1-4h。

5.根据权利要求1所述石墨烯支撑氮掺杂碳膜包覆四氧化三钴复合材料的制备方法，其特征在于：步骤1)中所述P123溶液的浓度为0.05-0.5g/ml，所述钴盐溶液的浓度为2-10mg/ml，所述三聚氰胺溶液的浓度为0.1-1g/ml；步骤3)中所述石墨烯悬浮液的浓度为0.5-10mg/ml。

6.根据权利要求1所述石墨烯支撑氮掺杂碳膜包覆四氧化三钴复合材料的制备方法，其特征在于：步骤2)中所述搅拌混合是指在常温下以20-60rpm速度搅拌0.5-1h，所述继续搅拌是指在常温下以20-60rpm速度搅拌0.5-1h；

步骤3)中所述混合均匀是指常温下以20-60rpm速度搅拌0.5-5h；步骤3)中所述升温的温度为60-100℃下，所述升温搅拌的转速为20-60rpm；

步骤4)中所述惰性气体为氮气，所述升温速率为1-5℃/min。

7.根据权利要求1所述石墨烯支撑氮掺杂碳膜包覆四氧化三钴复合材料的制备方法，其特征在于：步骤5)中所述清洗的清洗液为去离子水，所述烘干的温度为60℃-120℃。

8.一种由权利要求1～7任一项所述制备方法得到的石墨烯支撑氮掺杂碳膜包覆四氧化三钴复合材料。

9.根据权利要求8所述石墨烯支撑氮掺杂碳膜包覆四氧化三钴复合材料，其特征在于：所述石墨烯支撑氮掺杂碳膜包覆四氧化三钴复合材料中氮掺杂碳膜包覆在Co₃O₄纳米颗粒表面，并且锚定在石墨烯表面,Co₃O₄纳米颗粒粒径为2-20nm,并且担载量为5％-45％，C在催化剂中的担载量为35％-95％。

10.根据权利要求8或9所述石墨烯支撑氮掺杂碳膜包覆四氧化三钴复合材料的应用，其特征在于：所述石墨烯支撑氮掺杂碳膜包覆四氧化三钴复合材料用于可再生燃料电池和/或金属空气电池领域，用作阴极氧还原催化剂。