[发明专利]含碱金属的碳包覆过渡金属的纳米复合材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种含碱金属的碳包覆过渡金属的纳米复合材料，所述纳米复合材料含具有壳层和内核的核壳结构，所述壳层为含有碱金属、氮和氧的石墨化碳层，所述内核为过渡金属纳米颗粒。

2.根据权利要求1所述的纳米复合材料，其中所述纳米复合材料为具有至少一个介孔分布峰的介孔材料。

3.根据权利要求2所述的纳米复合材料，其中所述介孔材料中介孔体积占总孔体积的比例大于50％，优选大于80％。

4.根据权利要求1所述的纳米复合材料，其中以原子百分含量计，所述碱金属含量为0.1at％～3at％，碳含量为65at％～95at％，过渡金属含量为0.1at％～10at％，氧含量为1at％～20at％，氮含量为1at％～10at％。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的纳米复合材料，其中所述碱金属选自锂、钠、钾、铷、铯和钫中的一种或多种，所述过渡金属选自铁、钴、镍、铜和锌中的一种或多种。

6.一种权利要求1～5中任一项所述的纳米复合材料的制备方法，包括：

将过渡金属盐、多元有机羧酸和含氮化合物置于溶剂中混合形成均相溶液；

除去所述均相溶液中的溶剂，得到前驱体；

所述前驱体在惰性气氛或还原性气氛下进行一次热解；

将所述一次热解后的产物与含有所述碱金属的溶液接触，然后进行干燥处理；

将所述干燥处理后的产物置于惰性气氛下进行二次热解，得所述含碱金属的碳包覆过渡金属的纳米复合材料。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其中所述过渡金属盐选自过渡金属的有机酸盐、碳酸盐和碱式碳酸盐中的一种或多种，所述过渡金属的有机酸盐优选为不含杂原子的过渡金属的有机羧酸盐，更优选为不含杂原子的所述过渡金属的醋酸盐，其中所述杂原子指所述过渡金属以外的金属原子。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其中所述多元有机羧酸选自柠檬酸、顺丁烯二酸、均苯三甲酸、对苯二甲酸、苹果酸、乙二胺四乙酸和吡啶二羧酸中的一种或多种。

9.根据权利要求6所述的方法，其中所述含氮化合物选自尿素、三聚氰胺、二氰二胺、六亚甲基四胺和氨基酸中的一种或多种。

10.根据权利要求6所述的方法，其中所述过渡金属盐、多元有机羧酸及所述含氮化合物的质量比为1:0.1～100:0～100，优选为1:0.5～5:0.5～5，更优选1:0.8～2:1～2。

11.根据权利要求6所述的制备方法，其中所述溶剂为水和/或乙醇。

12.根据权利要求6所述的制备方法，其中所述一次热解包括：在惰性气氛或还原性气氛下，对所述前驱体加热升温至恒温段，并在所述恒温段保持恒温；

其中，所述加热升温的速率为0.5℃/min～30℃/min，优选为1℃/min～10℃/min；所述恒温段温度为400℃～800℃，优选为500℃～800℃；所述恒温的时间为20min～600min，优选为60min～480min；所述惰性气氛为氮气或氩气，所述还原性气氛为惰性气体与氢气的混合气体。

13.根据权利要求6所述的制备方法，其中含有所述碱金属的溶液为含有所述碱金属的盐和/或碱的溶液，所述碱金属的盐和/或碱与所述一次热解后的产物的质量比为1:2～100。