[发明专利]一种金属单原子掺杂碳纳米管的制备方法

权利要求书

1.一种金属单原子掺杂碳纳米管的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

(1)选取含氮碳原料，加入金属盐以及水、醇或酯类溶剂均匀混合，经搅拌、烘干、碾磨得到成分均匀的粉末；

(2)在保护性气氛下，取上述粉末于200～1000℃进行热处理，气体流速为5sccm～5000sccm，升温速率为每分钟0.1～100℃，热处理温度呈梯度分布，梯度分布温度的具体过程和参数如下：第一步温度梯度处理范围为200～400℃，处理时间为10分钟至10小时；第二步温度梯度处理范围为400～700℃，处理时间为10分钟至10小时；第三步温度梯度处理范围为730～1000℃，处理时间为10分钟至10小时，随炉冷却至室温，得到黑色物质；

(3)将得到的黑色物质放入盐酸、硫酸或硝酸中进行酸处理，浸泡处理30分钟到24小时，之后离心清洗烘干；最后，得到高含量、高分散性的金属单原子掺杂碳纳米管；

步骤(1)中，选取的含氮碳原料为氨基酸、硫脲、尿素、二氰氨、三聚氰胺、氮化碳或聚乙烯吡咯烷酮；

步骤(1)中，选取的金属盐为锂、铁、钴、镍、铜、锌、钒、铬、锰、银、钌、铑、铂、铼、钨、锶的氯化物/硝酸盐/硫酸盐/有机金属盐中的一种或者两种以上。

2.按照权利要求1所述的一种金属单原子掺杂碳纳米管的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，选取的金属盐、含氮碳原料与溶剂的质量比为1:1:1～1:1000:1000。

3.按照权利要求1所述的一种金属单原子掺杂碳纳米管的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，每个温度梯度之间升温速率为每分钟0.1～50℃。

4.按照权利要求1所述的一种金属单原子掺杂碳纳米管的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，保护性气氛为氩气、氦气或氮气，其体积纯度为95～99.999％。

5.按照权利要求1所述的一种金属单原子掺杂碳纳米管的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，酸处理所使用的盐酸、硫酸或硝酸，其浓度为0.01～10mol/L。

6.按照权利要求1所述的一种金属单原子掺杂碳纳米管的制备方法，其特征在于，金属单原子的种类是一种或者两种以上，两种以上金属单原子的比例根据加入金属盐的含量在0～1范围内进行任意调控。

7.按照权利要求1所述的一种金属单原子掺杂碳纳米管的制备方法，其特征在于，金属单原子的质量含量在0.1wt％～40wt％范围内可调，碳纳米管的直径为2～500纳米，长度为100纳米到20微米。

8.按照权利要求7所述的一种金属单原子掺杂碳纳米管的制备方法，其特征在于，金属单原子的质量含量在2wt％～30wt％范围内可调。