[发明专利]一种碳化铁-多孔碳复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种碳化铁‑多孔碳复合材料及其制备方法和应用，属于纳米材料技术领域，该复合材料由多孔碳和包覆在多孔碳中的碳化铁纳米颗粒组成，碳化铁纳米颗粒具有核壳结构。在制备该复合材料时，以金属掺杂的高聚物为模板，通过一步碳化得到。该材料中由于具有核壳结构的碳化铁被包覆在多孔碳中，其抗腐蚀性能得到进一步提升，另外，位于外层的多孔碳具有高的比表面积和独特的孔道结构等特点，使最终制备的复合材料集碳化铁特殊的电学性质以及多孔碳良好的传热性能等优点于一体，能够在催化、储能等领域具有广泛的应用前景。该复合材料制备方法简单易操作，且成本低，适合扩大化生产。

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种碳化铁-多孔碳复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

多孔碳材料由于具有高比面积、成本低、易制备、独特的孔道结构以及优良的化学稳定性等特点，被广泛用作锂电池电极材料、超级电容器电极材料和催化剂载体等。目前，用于合成多孔碳材料的方法主要有以下几种：高聚物碳化法、生物质材料碳化法、物理和化学活化法、化学气相沉积法等。

在这几种制备方法中，高聚物碳化法和生物质材料碳化法因其成本低、易制备且生产的碳材料比表面积大而成为最为广泛的制备多孔碳的方法。其中，生物质材料碳化法以生物质材料为原料，但由于生物质材料受到不同地区，不同季节的影响，具有不确定性，导致制备出来的材料可能不同。高聚物碳化法因为碳化时高聚物为特定物种，从而可重复性高，同时可使用的基底多，能以简单的方法低成本地制备各种比表面积不同，孔道结构独特以及电化学性能优良的多孔碳。

纳米碳化铁是一种优异的电催化剂，被广泛地应用于电催化氧还原、析氢、析氧等反应中。由于碳化铁的导电性较低，而多孔碳拥有优异的导电性，因此两者形成复合材料后能使碳化铁的催化性能进一步提升。不仅如此，一些其他的过渡金属掺杂也会使其催化性能大大提升。因此，研发一种碳化铁-多孔碳复合材料将扩大碳化铁的应用范围，同时也能使该复合材料在催化、储能等领域具有广泛的应用前景。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种碳化铁-多孔碳复合材料；目的之二在于提供一种碳化铁-多孔碳复合材料的制备方法；目的之三在于提供该碳化铁-多孔碳复合材料在催化和/或储能中的应用。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

1、一种碳化铁-多孔碳复合材料，所述复合材料由多孔碳和包覆在所述多孔碳中的碳化铁纳米颗粒组成，所述碳化铁纳米颗粒具有核壳结构。

优选的，所述碳化铁纳米颗粒的粒径为20-30nm。

优选的，所述多孔碳的BET比表面积为250-350m²/g，孔径大小≤2nm。

2、所述的一种碳化铁-多孔碳复合材料的制备方法，所述方法如下：

在搅拌下将铁盐乙醇溶液逐滴滴入1,8-二氨基萘乙醇溶液中获得反应液，继续搅拌所述反应液16-24h后，离心获得铁掺杂的聚1,8-二氨基萘，将所述铁掺杂的聚1,8-二氨基萘经洗涤、干燥后在保护气氛下先以3-6℃/min的速率升温至350-450℃后保温1-2h，再以0.5-1.5℃/min的速率升温至700-1000℃后保温2-4h，冷却后制得碳化铁-多孔碳复合材料。

优选的，所述反应液中1,8-二氨基萘和铁离子的摩尔比为7-12:1。

优选的，所述铁盐乙醇溶液中的铁盐为六水合三氯化铁、乙酰丙酮铁或九水合硝酸铁中的一种。

优选的，所述搅拌和继续搅拌时的搅拌速度均为600-800r/min。

优选的，所述洗涤时所用的洗涤液为乙醇；所述干燥为在20-30℃下真空干燥12-16h。

优选的，所述保护气氛为氢气。