[发明专利]一种碳材料与过渡金属化合物的新型复合方法、复合材料及应用

权利要求书

1.一种碳材料与过渡金属化合物的新型复合方法，其特征在于，首先通过水热法合成铁钴MOF前驱体；然后将铁钴MOF前驱体置于惰性气体环境下进行高温碳化处理，在该过程中铁钴MOF前驱体中的聚合物提供碳源并在高温下碳源还原转化为石墨碳，铁钴元素经碳还原转化为铁钴合金；进一步在钴元素催化下使得石墨碳在铁钴合金表面形成碳纳米管，形成铁钴合金碳纳米管掺杂复合材料；最后将所得铁钴合金碳纳米管掺杂复合材料在氢氩混合气的气氛下通过硒粉进行高温硒化处理，得到FeSe₂/CoSe₂@CNT复合材料；

具体步骤如下：

（1）合成铁钴MOF前驱体：首先将乙醇与N,N-二甲基甲酰胺溶液混合均匀制得溶液A；将铁盐、钴盐和聚乙烯吡咯烷酮混合溶解于所得溶液A中并超声处理，制得溶液B；在所得溶液B中加入对苯二甲酸，室温下搅拌均匀得到混合溶液；然后将所得混合溶液移至水热反应釜中进行水热反应，待反应结束后自然冷却至室温，离心得到沉淀物并洗涤、干燥，即得铁钴MOF前驱体；该前驱体呈两头尖的纳米棒状结构；

其中配制溶液A的乙醇与N,N-二甲基甲酰胺溶液的体积比为3:5；配制溶液B的铁盐为乙酰丙酮铁,钴盐为四水合乙酸钴；聚乙烯吡咯烷酮的分子量为10000～1300000；溶液B中Fe³⁺与Co²⁺的摩尔比为1:1；溶液B中Fe³⁺浓度与Co²⁺浓度均为0.003～0.008mol/L；对苯二甲酸的加入量为15～40mg；

（2）制备铁钴合金碳纳米管掺杂复合材料：将步骤（1）所得铁钴MOF前驱体置于充满惰性气体的管式炉中进行高温碳化处理，待碳化结束自然冷却至室温收集产物，即得铁钴合金碳纳米管掺杂复合材料；

（3）制备FeSe₂/CoSe₂@CNT复合材料：首先将硒粉与步骤（2）所得铁钴合金碳纳米管掺杂复合材料按比例分置于瓷舟两端，然后将瓷舟置于氢氩混合气气氛下的管式炉内进行高温硒化处理；硒化完成后自然冷却至室温收集产物，即得FeSe₂/CoSe₂@CNT复合材料；该复合材料形貌为铁钴硒化物颗粒周围生长碳管的结构。

2.根据权利要求1所述碳材料与过渡金属化合物的新型复合方法，其特征在于，所述溶液B中Fe³⁺浓度与Co²⁺浓度均为0.005mol/L；聚乙烯吡咯烷酮的分子量为40000。

3.根据权利要求1所述碳材料与过渡金属化合物的新型复合方法，其特征在于，所述步骤（1）中水热反应的反应温度为100℃，反应时间为5h；采用去离子水和乙醇洗涤，在60℃条件下鼓风干燥12h。

4.根据权利要求1所述碳材料与过渡金属化合物的新型复合方法，其特征在于，所述步骤（2）中高温碳化处理的温度为600～800℃，升温速率为1～3℃/min, 处理时间为3～5h；惰性气体为氩气或氮气。

5.根据权利要求4所述碳材料与过渡金属化合物的新型复合方法，其特征在于，所述步骤（2）中高温碳化处理的温度为700℃，升温速率为1℃/min, 处理时间为4h。

6.根据权利要求1所述碳材料与过渡金属化合物的新型复合方法，其特征在于，所述步骤（3）中按照质量比硒粉：铁钴合金碳纳米管掺杂复合材料为2:1；高温硒化处理的温度为350～450℃，升温速率为4℃/min，处理时间为4h；氢氩混合气中氢气的体积分数为10%。

7.根据权利要求6所述碳材料与过渡金属化合物的新型复合方法，其特征在于，所述高温硒化处理的温度为400℃。

8.一种权利要求1-7任一项所述复合方法制得的FeSe₂/CoSe₂@CNT复合材料在钠离子电池负极材料上的应用。