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一種電化學溶脹石墨制備單分散金屬原子/石墨烯復合材料的方法與流程

文檔序號:11104334閱讀:來源:國知局

技術特征:

1.一種電化學溶脹石墨制備單分散金屬原子/石墨烯復合材料的方法,其特征在于包含以下步驟:

(1)、把石墨基原料做成電極:即把石墨基原料壓制成型形成電極,或者將石墨基原料直接放入聚合物袋中作為電極使用;

所述石墨基原料包括塊狀石墨、鱗片石墨、土狀石墨、柔性石墨、石墨板、石墨紙、石墨棒、可膨脹石墨、膨脹石墨、雜原子摻雜的石墨、石墨烯、碳納米管、雜原子摻雜的碳納米管中的任一種;

(2)、所制電極在電解池中電解,固液分離,電解液回收利用;

電解池包括多個電極組成的電極陣列,多個電解池再形成電解池陣列;電解液采用水系電解液或非水系電解液,電解液與電極的比例控制在1毫升/克到100毫升/克之間;

(3)、分離得到的固體進一步剝離,然后經固液分離得到粗制的單分散金屬原子/石墨烯復合材料;

利用超聲、攪拌、球磨或高速剪切使電解后的電極進一步剝離;然后采用離心、壓濾、抽濾、自然沉降實現固液分離,得到粗制的單分散金屬原子/石墨烯復合材料;

(4)、粗制的單分散金屬原子/石墨烯復合材料分離提純;

首先進行提純分離:將粗制的單分散金屬原子/石墨烯復合材料分散在溶劑中,采用超聲、攪拌實現單分散金屬原子/石墨烯復合材料與固體雜質的分離;

洗滌:然后將固體用酸性水溶液洗滌除去表面固相雜質,再用去離子水或純水洗滌;

固液分離:最后采用離心、抽濾、壓濾或自然沉降方法實現固液分離,所得固體進一步干燥得到單分散金屬原子/石墨烯復合材料粉末;

(5)步驟(4)所得復合材料,在惰性氣氛保護下熱處理,冷卻,干燥后得到單分散金屬原子/石墨烯復合催化劑。

2.根據權利要求1所述的電化學溶脹石墨制備單分散金屬原子/石墨烯復合材料的方法,其特征在于:所述所述雜原子摻雜的石墨包含氮摻雜石墨,磷摻雜石墨,硫摻雜石墨,硼摻雜石墨,氮磷共摻雜石墨,氮硫共摻雜石墨,氮硼共摻雜石墨,磷硫共摻雜石墨,磷硼共摻雜石墨,硫硼共摻雜石墨,氮磷硫共摻雜石墨,氮磷硼共摻雜石墨,氮硫硼共摻雜石墨,磷硫硼共摻雜石墨,氮磷硫硼共摻雜石墨中的一種;

所述雜原子摻雜的碳納米管包含氮摻雜碳納米管,磷摻雜碳納米管,硫摻雜碳納米管,硼摻雜碳納米管,氮磷共摻雜碳納米管,氮硫共摻雜碳納米管,氮硼共摻雜碳納米管,磷硫共摻雜碳納米管,磷硼共摻雜碳納米管,硫硼共摻雜碳納米管,氮磷硫共摻雜碳納米管,氮磷硼共摻雜碳納米管,氮硫硼共摻雜碳納米管,磷硫硼共摻雜碳納米管,氮磷硫硼共摻雜碳納米管中的一種。

3.根據權利要求1所述的電化學溶脹石墨制備單分散金屬原子/石墨烯復合材料的方法,其特征在于:所述把石墨基原料壓制成型形成電極時,所用的壓力為1兆帕到50兆帕,壓制溫度為0攝氏度到400攝氏度;而壓制成型的電極為膜狀、圓的或方的柱狀。

4.根據權利要求3所述的電化學溶脹石墨制備單分散金屬原子/石墨烯復合材料的方法,其特征在于:所述壓制成型時使用粘結劑,所述粘結劑為聚乙烯醇、聚氧乙烯醚、聚四氟乙烯、羧甲基纖維素鈉、羧甲基纖維素、聚偏氟乙烯、聚氨酯、樹脂、瀝青中的一種;所述粘結劑的質量與石墨基原料的總質量之間的比例控制在0.01克/克到0.25克/克之間。

5.根據權利要求1所述的電化學溶脹石墨制備單分散金屬原子/石墨烯復合材料的方法,其特征在于:所述壓制成型的電極為自支撐結構,自支撐膜狀或方的柱狀電極的厚度優選1毫米到5毫米,自支撐圓的柱狀電極的直徑優選1毫米到5毫米。

6.根據權利要求1所述的電化學溶脹石墨制備單分散金屬原子/石墨烯復合材料的方法,其特征在于:所述壓制成型的電極中加入支撐體;支撐體為鉑、金、銀、銅、銅合金、鈦、鈦合金、石墨、二氧化鉛中的一種;在支撐體一邊壓制上石墨基原料,或在兩邊同時壓制上石墨基原料;支撐體上壓制的石墨基原料的厚度為1毫米到5毫米。

7.根據權利要求1所述的電化學溶脹石墨制備單分散金屬原子/石墨烯復合材料的方法,其特征在于:所述的電極含有質量分數50%以上的石墨成分,其電阻率小于1千歐姆?米,比表面積大于2 平米每克。

8.根據權利要求1所述的電化學溶脹石墨制備單分散金屬原子/石墨烯復合材料的方法,其特征在于:所述步驟(2)中,電解池中的陽極電極和陰極電極的間距在1毫米到50毫米之間,陽極電極和陰極電極之間使用多孔絕緣聚合物袋或膜間隔;陽極和陰極之間施加4伏到10伏的直流或交流電壓;每次電解時間在2小時到144小時之間,變換充電電流或電壓方向的時間在10秒到12小時之間,電解溫度在20攝氏度到60攝氏度之間。

9.根據權利要求1所述的電化學溶脹石墨制備單分散金屬原子/石墨烯復合材料的方法,其特征在于:所述步驟(2)中,水系電解液為可溶性的金屬氯化物水溶液,可溶性的金屬硫酸鹽水溶液、可溶性的金屬硝酸鹽水溶液、可溶性的金屬磷酸鹽水溶液、可溶性的金屬高氯酸鹽水溶液中的一種;水溶液中溶質的濃度在0.01毫克/毫升到300 毫克/毫升之間。

10.根據權利要求1所述的電化學溶脹石墨制備單分散金屬原子/石墨烯復合材料的方法,其特征在于:所述步驟(2)中,非水系的電解液為含金屬的親水性咪唑類離子液體、含金屬的親水性吡啶類離子液體、含金屬的親水性吡咯類離子液體、含金屬的親水性氫鍵供體類類離子液體、含金屬的親水性水合鹽類類離子液體、環狀碳酸酯電解液、鏈狀碳酸酯電解液、環狀碳酸酯和鏈狀碳酸酯組成的混合電解液中的一種。

11.根據權利要求10所述的電化學溶脹石墨制備單分散金屬原子/石墨烯復合材料的方法,其特征在于:所述含金屬的親水性咪唑類離子液體、含金屬的親水性吡啶類離子液體、含金屬的親水性吡咯類離子液體包含含金屬的純的咪唑類離子液體、含金屬的純的吡啶類離子液體、含金屬的純的吡咯類離子液體,含金屬的咪唑類離子液體、含金屬的吡啶類離子液體或含金屬的吡咯類離子液體與水組成的混合物中的一種或兩種以上,水的質量百分含量在0.001%到60 %之間;

所述含金屬的親水性咪唑類離子液體中的金屬包含Li、Na、K、Ca、Mg、Fe、Ti、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Pt、Pd、Ru、Rh、Ir、V、Cr、Cd、Mn、Zr、Ta、Au、Sn中的一種或兩種以上;親水性咪唑類離子液體包含碘化1,3-二甲基咪唑、1,3-二甲基咪唑硫酸甲酯鹽、1,3-二甲基咪唑磷酸二甲酯鹽、1,3-二甲基咪唑四氟硼酸鹽、1,3-二甲基咪唑三氟甲磺酸鹽、1,3-二甲基咪唑高氯酸鹽、、1,3-二甲基咪唑硝酸鹽、1,3-二甲基咪唑甲磺酸鹽、1,3-二甲基咪唑對甲苯磺酸鹽、溴化1-乙基-3-甲基咪唑、碘化1-乙基-3-甲基咪唑、碘化1-乙烯基-3-甲基咪唑、溴化1-乙烯基-3-甲基咪唑、1-乙烯基-3-甲基咪唑高氯酸鹽、1-乙烯基-3-甲基咪唑硝酸鹽、1-乙烯基-3-甲基咪唑乙酸鹽、1-乙烯基-3-甲基咪唑對甲苯磺酸鹽、1-乙烯基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、1-丙基-3-甲基咪唑高氯酸鹽、1-丙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、1-丙基-3-甲基咪唑硝酸鹽、1-丙基-3-甲基咪唑乙酸鹽、1-丙基-3-甲基咪唑對甲苯磺酸鹽中的一種;

所述含金屬的親水性吡啶類離子液體中的金屬包含Li、Na、K、Ca、Mg、Fe、Ti、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Pt、Pd、Ru、Rh、Ir、V、Cr、Cd、Mn、Zr、Ta、Au、Sn中的一種或兩種以上;親水性吡啶類離子液體包含溴化N-乙基吡啶、碘化N-乙基吡啶、N-乙基吡啶四氟硼酸鹽、N-乙基吡啶四氟磷酸鹽、氯化N-丁基吡啶、溴化N-丁基吡啶、N-丁基吡啶四氟硼酸鹽、N-丁基吡啶甲磺酸鹽、氯化N-丁基-3-甲基吡啶、溴化N-丁基-3-甲基吡啶、N-丁基-3-甲基吡啶四氟硼酸鹽中的一種;

所述含金屬的親水性吡咯類離子液體中的金屬包含Li、Na、K、Ca、Mg、Fe、Ti、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Pt、Pd、Ru、Rh、Ir、V、Cr、Cd、Mn、Zr、Ta、Au、Sn中的一種或兩種以上;親水性吡咯類離子液體包含氯化N-甲基,丁基吡咯烷,溴化N-甲基,丁基吡咯烷,N-甲基,丁基吡咯烷三氟甲磺酸鹽,N-甲基,丁基吡咯烷甲磺酸鹽,N-甲基,丁基吡咯烷四氟硼酸鹽,溴化N-甲基,丙基吡咯烷,溴化N-甲基,乙基吡咯烷,N-甲基,乙基吡咯烷甲磺酸鹽,1-正丁基-1-甲基吡咯烷二(三氟甲基磺酰)酰亞胺,N-丁基吡啶四氟硼酸鹽中的一種。

12.根據權利要求10所述的電化學溶脹石墨制備單分散金屬原子/石墨烯復合材料的方法,其特征在于:所述含金屬的親水性氫鍵供體類類離子液體包括含金屬的純的親水性有機鹽+氫鍵供體類類離子液體,含金屬的純的親水性無機鹽+氫鍵供體類類離子液體,含金屬的純的親水性有機鹽+無機鹽+氫鍵供體類類離子液體,含金屬的親水性有機鹽+氫鍵供體類類離子液體,含金屬的親水性無機鹽+氫鍵供體類類離子液體或含金屬的親水性有機鹽+無機鹽+氫鍵供體類類離子液體與水組成的混合物中的一種或兩種以上,水的質量百分含量在0.001%到60 %之間;

所述含金屬的親水性有機鹽+氫鍵供體類類離子液體中的金屬包含Li、Na、K、Ca、Mg、Fe、Ti、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Pt、Pd、Ru、Rh、Ir、V、Cr、Cd、Mn、Zr、Ta、Au、Sn中的一種或兩種以上;親水性有機鹽包含 (Et)4Br、(Me)3EtOHCl、(Me)3EtOHBF4、(Me)3EtOHNO3、(Me)3EtOHF、PhCH2(Me)2EtOHCl、(Me)2(Et)2OHCl、PhCH2(Me)3Cl、(Me)3EtOAcCl、(Me)3EtCl2、PhCH2Me(EtOH)2Cl、(Me)3EtFCl、(Me)3EtOHCl、(Me)3EtOCOMeCl、Me(Ph)3PBr、Et(Ph)3PI、CH3COONa·3H2O,EtNH3Cl、Bn(Ph)3PCl、Allyl(Ph)3PBr、氯化膽堿中的一種;氫鍵供體包含尿素、1,3-二甲基脲、、1,1-二甲基脲、烯丙基脲、硫脲、水楊酰胺、乙酰胺、苯酰胺、丙烯酰胺、鹽酸羥胺、三乙醇胺、香草醛、乙二醇、丙三醇、甘露醇、D-果糖、1,4-丁二醇、苯酚、鄰甲苯酚、2,3-二甲苯酚、葡萄糖、丙烯酸、戊酸、苯乙醇酸、4-羥基苯甲酸、沒食子酸、反式肉桂酸、對香豆酸、咖啡酸、亞甲基丁二酸、辛二酸、L-(+)酒石酸、甲基丙烯酸、酒石酸、谷氨酸、三氟乙酸、2,2,2-三氟乙酰胺、丙三羧酸、己二酸、苯甲酸、檸檬酸、丙二酸、草酸、苯乙酸、苯基丙酸、琥珀酸、丙三酸、間苯二酚、咪唑、環丁砜,對甲苯磺酸-水合物、三甘醇中的一種;

所述含金屬的親水性無機鹽+氫鍵供體類類離子液體中的金屬包含Li、Na、K、Ca、Mg、Fe、Ti、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Pt、Pd、Ru、Rh、Ir、V、Cr、Cd、Mn、Zr、Ta、Au、Sn中的一種或兩種以上;親水性無機鹽包含硝酸銨、溴化銨、氯化銨、高氯酸銨、溴化鈣、溴化鎂、溴化鈉、溴化鋰、溴化鉀、溴化鋅、溴化鐵、溴化鎳、溴化錫、溴化銅、溴化鋁、溴化鈷、溴化鎘、溴化鉻、溴化錳、氯化鈣、氯化鎂、氯化鈉、氯化鋰、氯化鉀、氯化鋅,氯化鐵,氯化亞鐵、二氯化錫、氯化銅,氯化鋁,氯化鈷,氯化鎳、氯鉑酸、氯化銠、氯化釕、氯金酸、氯化鈀、三氯化銥、氯化錳、氯化鎘、氯化鉻、硝酸鐵、硝酸亞鐵、硝酸鎂、硝酸鈉、硝酸鈣、硝酸鋰、硝酸鉀、硝酸鋅、硝酸錫、硝酸銅、硝酸鋁、硝酸鈷、硝酸鎳、硝酸錳、硝酸鎘、硝酸鉻中的一種;氫鍵供體包含1,3-二甲基脲、、1,1-二甲基脲、烯丙基脲、硫脲、水楊酰胺、乙酰胺、苯酰胺、丙烯酰胺、鹽酸羥胺、三乙醇胺、香草醛、乙二醇、丙三醇、甘露醇、D-果糖、1,4-丁二醇、苯酚、鄰甲苯酚、2,3-二甲苯酚、葡萄糖、丙烯酸、戊酸、苯乙醇酸、4-羥基苯甲酸、沒食子酸、反式肉桂酸、對香豆酸、咖啡酸、亞甲基丁二酸、辛二酸、L-(+)酒石酸、甲基丙烯酸、酒石酸、谷氨酸、三氟乙酸、2,2,2-三氟乙酰胺、丙三羧酸、己二酸、苯甲酸、檸檬酸、丙二酸、草酸、苯乙酸、苯基丙酸、琥珀酸、丙三酸、間苯二酚、咪唑、環丁砜,對甲苯磺酸-水合物、三甘醇中的一種;

所述含金屬的親水性有機鹽+無機鹽+氫鍵供體類類離子液體中的金屬包含Li、Na、K、Ca、Mg、Fe、Ti、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Pt、Pd、Ru、Rh、Ir、V、Cr、Cd、Mn、Zr、Ta、Au、Sn中的一種或兩種以上;親水性無機鹽包含硝酸銨、溴化銨、氯化銨、高氯酸銨、溴化鈣、溴化鎂、溴化鈉、溴化鋰、溴化鉀、溴化鋅、溴化鐵、溴化鎳、溴化錫、溴化銅、溴化鋁、溴化鈷、溴化鎘、溴化鉻、溴化錳、氯化鈣、氯化鎂、氯化鈉、氯化鋰、氯化鉀、氯化鋅,氯化鐵,氯化亞鐵、二氯化錫、氯化銅,氯化鋁,氯化鈷,氯化鎳、氯鉑酸、氯化銠、氯化釕、氯金酸、氯化鈀、三氯化銥、氯化錳、氯化鎘、氯化鉻、硝酸鐵、硝酸亞鐵、硝酸鎂、硝酸鈉、硝酸鈣、硝酸鋰、硝酸鉀、硝酸鋅、硝酸錫、硝酸銅、硝酸鋁、硝酸鈷、硝酸鎳、硝酸錳、硝酸鎘、硝酸鉻中的一種;親水性有機鹽包含 (Me)3EtOHCl,乙酰膽堿、EtNH3Cl等其中的一種;氫鍵供體包含但不局限于1,3-二甲基脲、、1,1-二甲基脲、烯丙基脲、硫脲、水楊酰胺、乙酰胺、苯酰胺、丙烯酰胺、鹽酸羥胺、三乙醇胺、香草醛、乙二醇、丙三醇、甘露醇、D-果糖、1,4-丁二醇、苯酚、鄰甲苯酚、2,3-二甲苯酚、葡萄糖、丙烯酸、戊酸、苯乙醇酸、4-羥基苯甲酸、沒食子酸、反式肉桂酸、對香豆酸、咖啡酸、亞甲基丁二酸、辛二酸、L-(+)酒石酸、甲基丙烯酸、酒石酸、谷氨酸、三氟乙酸、2,2,2-三氟乙酰胺、丙三羧酸、己二酸、苯甲酸、檸檬酸、丙二酸、草酸、苯乙酸、苯基丙酸、琥珀酸、丙三酸、間苯二酚、咪唑、環丁砜,對甲苯磺酸-水合物、三甘醇中的一種。

13.根據權利要求10所述的電化學溶脹石墨制備單分散金屬原子/石墨烯復合材料的方法,其特征在于:所述含金屬的親水性水合鹽類類離子液體包含含金屬的純的親水性有機鹽+水合鹽類類離子液體,含金屬的純的親水性無機鹽+水合鹽類類離子液體,含金屬的純的親水性有機鹽+無機鹽+水合鹽類類離子液體,含金屬的親水性有機鹽+水合鹽類類離子液體,含金屬的親水性無機鹽+水合鹽類類離子液體,含金屬的親水性有機鹽+無機鹽+水合鹽類類離子液體與水組成的混合物中的一種或兩種以上,水的質量百分含量在0.001%到60 %之間;

所述含金屬的親水性有機鹽+水合鹽類類離子液體中的金屬包含Li、Na、K、Ca、Mg、Fe、Ti、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Pt、Pd、Ru、Rh、Ir、V、Cr、Cd、Mn、Zr、Ta、Au、Sn中的一種或兩種以上;親水性有機鹽包含 (Et)4Br、(Me)3EtOHCl、(Me)3EtOHBF4、(Me)3EtOHNO3、(Me)3EtOHF、PhCH2(Me)2EtOHCl、(Me)2(Et)2OHCl、PhCH2(Me)3Cl、(Me)3EtOAcCl、(Me)3EtCl2、PhCH2Me(EtOH)2Cl、(Me)3EtFCl、(Me)3EtOHCl、(Me)3EtOCOMeCl、Me(Ph)3PBr、Et(Ph)3PI、CH3COONa·3H2O,EtNH3Cl、Bn(Ph)3PCl、Allyl(Ph)3PBr、氯化膽堿中的一種;水合鹽包含但不局限于一水氯化鋰、六水氯化鈣、二水氯化鈣、六水氯化鎂、六水氯化鉻、六水氯化鈷、六水氯化鑭、二水氯化銅、六水氯化釔、六水氯化鋅、六水氯化鋁、六水氯化鐵、六水氯化鎳、四水氯化亞鐵、五水四氯化錫、二水氯化亞錫、六水合氯鉑酸、水合三氯化銠、三氯化釕、氯金酸、二水合氯化鈀、氯化銥水合物、四水合氯化錳、氯化鎘水合物、四水硝酸鋰、四水硝酸鋅、三水硝酸鋰、六水硝酸鎂、九水硝酸鋁、九水硝酸鐵、六水硝酸亞鐵、四水硝酸鈣、六水硝酸鎳、三水硝酸銅、六水硝酸鈷、九水硝酸鉻、四水硝酸鎘、四水硝酸錳、六水硫酸鎳、六水溴化鎂、六水溴化鈣、六水溴化鎘,六水溴化鍶、六水溴化鋁、六水溴化鉻、四水溴化錳中的一種;

所述含金屬的親水性無機鹽+水合鹽類類離子液體中的金屬包含Li、Na、K、Ca、Mg、Fe、Ti、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Pt、Pd、Ru、Rh、Ir、V、Cr、Cd、Mn、Zr、Ta、Au、Sn中的一種或兩種以上;親水性無機鹽包含硝酸銨、溴化銨、氯化銨、高氯酸銨、溴化鈣、溴化鎂、溴化鈉、溴化鋰、溴化鉀、溴化鋅、溴化鐵、溴化鎳、溴化錫、溴化銅、溴化鋁、溴化鈷、溴化鎘、溴化鉻、溴化錳、氯化鈣、氯化鎂、氯化鈉、氯化鋰、氯化鉀、氯化鋅,氯化鐵,氯化亞鐵、二氯化錫、氯化銅,氯化鋁,氯化鈷,氯化鎳、氯鉑酸、氯化銠、氯化釕、氯金酸、氯化鈀、三氯化銥、氯化錳、氯化鎘、氯化鉻、硝酸鐵、硝酸亞鐵、硝酸鎂、硝酸鈉、硝酸鈣、硝酸鋰、硝酸鉀、硝酸鋅、硝酸錫、硝酸銅、硝酸鋁、硝酸鈷、硝酸鎳、硝酸錳、硝酸鎘、硝酸鉻中的一種;水合鹽包含但不局限于一水氯化鋰、六水氯化鈣、二水氯化鈣、六水氯化鎂、六水氯化鉻、六水氯化鈷、六水氯化鑭、二水氯化銅、六水氯化釔、六水氯化鋅、六水氯化鋁、六水氯化鐵、六水氯化鎳、四水氯化亞鐵、五水四氯化錫、二水氯化亞錫、六水合氯鉑酸、水合三氯化銠、三氯化釕、氯金酸、二水合氯化鈀、氯化銥水合物、四水合氯化錳、氯化鎘水合物、四水硝酸鋰、四水硝酸鋅、三水硝酸鋰、六水硝酸鎂、九水硝酸鋁、九水硝酸鐵、六水硝酸亞鐵、四水硝酸鈣、六水硝酸鎳、三水硝酸銅、六水硝酸鈷、九水硝酸鉻、四水硝酸鎘、四水硝酸錳、六水硫酸鎳、六水溴化鎂、六水溴化鈣、六水溴化鎘,六水溴化鍶、六水溴化鋁、六水溴化鉻、四水溴化錳中的一種;

所述含金屬的親水性有機鹽+無機鹽+水合鹽類類離子液體中的金屬包含Li、Na、K、Ca、Mg、Fe、Ti、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Pt、Pd、Ru、Rh、Ir、V、Cr、Cd、Mn、Zr、Ta、Au、Sn中的一種或兩種以上;親水性有機鹽包含 (Et)4Br、(Me)3EtOHCl、(Me)3EtOHBF4、(Me)3EtOHNO3、(Me)3EtOHF、PhCH2(Me)2EtOHCl、(Me)2(Et)2OHCl、PhCH2(Me)3Cl、(Me)3EtOAcCl、(Me)3EtCl2、PhCH2Me(EtOH)2Cl、(Me)3EtFCl、(Me)3EtOHCl、(Me)3EtOCOMeCl、Me(Ph)3PBr、Et(Ph)3PI、CH3COONa·3H2O,EtNH3Cl、Bn(Ph)3PCl、Allyl(Ph)3PBr、氯化膽堿中的一種;無機鹽包含硝酸銨、溴化銨、氯化銨、高氯酸銨、溴化鈣、溴化鎂、溴化鈉、溴化鋰、溴化鉀、溴化鋅、溴化鐵、溴化鎳、溴化錫、溴化銅、溴化鋁、溴化鈷、溴化鎘、溴化鉻、溴化錳、氯化鈣、氯化鎂、氯化鈉、氯化鋰、氯化鉀、氯化鋅,氯化鐵,氯化亞鐵、二氯化錫、氯化銅,氯化鋁,氯化鈷,氯化鎳、氯鉑酸、氯化銠、氯化釕、氯金酸、氯化鈀、三氯化銥、氯化錳、氯化鎘、氯化鉻、硝酸鐵、硝酸亞鐵、硝酸鎂、硝酸鈉、硝酸鈣、硝酸鋰、硝酸鉀、硝酸鋅、硝酸錫、硝酸銅、硝酸鋁、硝酸鈷、硝酸鎳、硝酸錳、硝酸鎘、硝酸鉻等其中的一種;水合鹽包含但不局限于一水氯化鋰、六水氯化鈣、二水氯化鈣、六水氯化鎂、六水氯化鉻、六水氯化鈷、六水氯化鑭、二水氯化銅、六水氯化釔、六水氯化鋅、六水氯化鋁、六水氯化鐵、六水氯化鎳、四水氯化亞鐵、五水四氯化錫、二水氯化亞錫、六水合氯鉑酸、水合三氯化銠、三氯化釕、氯金酸、二水合氯化鈀、氯化銥水合物、四水合氯化錳、氯化鎘水合物、四水硝酸鋰、四水硝酸鋅、三水硝酸鋰、六水硝酸鎂、九水硝酸鋁、九水硝酸鐵、六水硝酸亞鐵、四水硝酸鈣、六水硝酸鎳、三水硝酸銅、六水硝酸鈷、九水硝酸鉻、四水硝酸鎘、四水硝酸錳、六水硫酸鎳、六水溴化鎂、六水溴化鈣、六水溴化鎘,六水溴化鍶、六水溴化鋁、六水溴化鉻、四水溴化錳等其中的一種。

14.根據權利要求10所述的電化學溶脹石墨制備單分散金屬原子/石墨烯復合材料的方法,其特征在于:所述環狀碳酸酯電解液、鏈狀碳酸酯電解液、環狀碳酸酯和鏈狀碳酸酯組成的混合電解液中的溶劑包含碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯中的一種;溶質包含可溶于碳酸酯的金屬的有機鹽,可溶于碳酸酯的金屬的無機鹽,可溶于碳酸酯的金屬的水合鹽中的一種或兩種以上;溶質的質量百分含量在0.01%到30%之間,并且電解液中包含質量百分比0.01% 到30%的水。

15.根據權利要求1所述的電化學溶脹石墨制備單分散金屬原子/石墨烯復合材料的方法,其特征在于:所述步驟(3)電極的進一步剝離中,如果使用水系電解液、含金屬的親水性咪唑類離子液體電解液、含金屬的親水性吡啶類離子液體電解液或含金屬的親水性吡咯類離子液體、含金屬的親水性氫鍵供體類類離子液體電解液,含金屬的親水性水合鹽類類離子液體電解液電解電極,進一步剝離使用的溶劑為水或相應的電解液,固體在水或相應電解液中的濃度在0.01毫克/毫升到40毫克/毫升之間;

如果使用含環狀或鏈狀碳酸酯的電解液電解電極,則進一步剝離使用的溶劑為有機溶劑,固體在有機溶劑中的濃度在0.01毫克/毫升到20毫克/毫升之間。

16.根據權利要求15所述的電化學溶脹石墨制備單分散金屬原子/石墨烯復合材料的方法,其特征在于:所述有機溶劑包含乙醇、異丙醇、丙酮、氯仿、四氯化碳、四氫呋喃、對二氯苯、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、甲基甲酰胺、甲基乙酰胺、甲基丙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、N-甲基甲酰胺、二甲亞砜、苯、甲苯、二甲苯、二氯甲烷、乙腈、環狀碳酸酯、鏈狀碳酸酯中的一種。

17.根據權利要求16所述的電化學溶脹石墨制備單分散金屬原子/石墨烯復合材料的方法,其特征在于:所述環狀碳酸酯、鏈狀碳酸酯包含碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯中的一種。

18.根據權利要求1所述的電化學溶脹石墨制備單分散金屬原子/石墨烯復合材料的方法,其特征在于:所述步驟(4)洗滌過程中,酸性水溶液包括鹽酸水溶液、硝酸水溶液、硫酸水溶液中的一種;步驟(1)~(4)中,固體在液態中的濃度控制在0.01毫克/毫升到 300毫克/毫升之間,其中單分散金屬原子/石墨烯復合材料以碳質量計算。

19.根據權利要求1所述的電化學溶脹石墨制備單分散金屬原子/石墨烯復合材料的方法,其特征在于:所述步驟(4)中,分離提純用的溶劑為有機溶劑,包括四氫呋喃、四甲基脲、甲酰胺、N-甲基甲酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、乙酰胺、N-甲基乙酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基丙酰胺、2-吡咯烷酮、N-甲基吡咯烷酮、吡咯、吡啶,2-甲基吡啶、3-甲基吡啶、4-甲基吡啶中的一種。

20.根據權利要求1所述的電化學溶脹石墨制備單分散金屬原子/石墨烯復合材料的方法,其特征在于:所述步驟(2)中,電解后電極與電解液的固液分離使用多孔聚合物袋或膜,固體留在袋中,液體被甩出、擠出、壓出或流出;

所述步驟(4)固液分離中,抽濾、壓濾、離心、自然沉降過程中使用多孔聚合物袋或膜;固體留在袋中,液體被甩出、擠出、壓出或流出;

所述多孔聚合物袋或膜為聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚酯或纖維素制成的袋或膜;多孔聚合物袋或膜的平均孔徑在0.2微米到20微米之間。

21.根據權利要求1所述的電化學溶脹石墨制備單分散金屬原子/石墨烯復合材料的方法,其特征在于:所述步驟(5)中單分散金屬原子/石墨烯復合材料與非氣相氮源混合均勻,在惰性氣氛和氨氣氣氛保護下熱處理,冷卻,得到單分散金屬原子/石墨烯復合催化劑;

所述單分散金屬原子/石墨烯復合材料與非氣相氮源的質量比為1:1 – 1:30。

22.根據權利要求21所述的電化學溶脹石墨制備單分散金屬原子/石墨烯復合材料的方法,其特征在于:所述氮源包含三聚氰胺、尿素、乙腈、氨基酸、季銨鹽、季銨堿、脂肪族伯胺、脂肪族仲胺、脂肪族叔胺、芳香族伯胺、芳香族仲胺、芳香族叔胺、脂肪族多元胺、芳香族多元胺,脂肪族不飽和胺、脂肪族取代胺、芳香族不飽和胺、芳香族取代胺、偶氮化合物、含一個及以上氮原子的雜環化合物中的一種或兩種以上。

23.根據權利要求22所述的電化學溶脹石墨制備單分散金屬原子/石墨烯復合材料的方法,其特征在于:所述的氨基酸包含丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、蛋氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、賴氨酸、精氨酸、甘氨酸、絲氨酸、蘇氨酸、半胱氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、苯丙氨酸、酪氨酸、組氨酸、色氨酸、脯氨酸中的一種或兩種以上。

24.根據權利要求21所述的電化學溶脹石墨制備單分散金屬原子/石墨烯復合材料的方法,其特征在于:所述惰性氣體包含氮氣、氬氣、氦氣中的一種;所述氨氣與惰性氣體的混合氣體中,氨氣的體積分數為0.5 vol% ~ 100 vol%;惰性氣體或氨氣的流速為10 ml/min ~ 1L/min。

25.根據權利要求21所述的電化學溶脹石墨制備單分散金屬原子/石墨烯復合材料的方法,其特征在于:混合方式為超聲、攪拌、高速剪切、球磨方式中的一種或兩種以上;得到的混合物采用離心、抽濾、壓濾的方法實現固液分離,所得固體進一步干燥得到單分散金屬原子/石墨烯復合催化劑。

26.根據權利要求1或25所述的電化學溶脹石墨制備單分散金屬原子/石墨烯復合材料的方法,其特征在于:步驟(3)、(4)或(5)中,所述攪拌采用磁力或機械攪拌,時間為3小時到60小時,攪拌溫度20攝氏度到60攝氏度。

27.根據權利要求1或25所述的電化學溶脹石墨制備單分散金屬原子/石墨烯復合材料的方法,其特征在于:步驟(3)、(4)或(5)中,所述超聲振蕩的頻率為5千赫茲到30千赫茲,功率密度100瓦到1000瓦,時間2分鐘到10小時,溫度20攝氏度到60攝氏度;超聲后的懸濁液在500轉/分鐘到3000轉/分鐘的轉速下離心5分鐘到30分鐘;

洗滌產物分離提純時超聲振蕩的頻率為5千赫茲到30千赫茲,功率密度100瓦到1000瓦,時間2分鐘到10小時,溫度20攝氏度到60攝氏度;超聲后的懸濁液在1000轉/分鐘到11000轉/分鐘轉速下離心5分鐘到30分鐘。

28.根據權利要求1或25所述的電化學溶脹石墨制備單分散金屬原子/石墨烯復合材料的方法,其特征在于:步驟(3)或(5)中,所述球磨的球磨球是不銹鋼球、瑪瑙球、氧化鋯球、硬質合金球、氧化鋁球或碳化硅球中的一種;球的直徑為3毫米到15毫米;球磨罐的材質可以是不銹鋼、瑪瑙、氧化鋯或硬質合金;球磨罐的容積為 50 - 500 ml;球料質量比為15 - 150:1;球磨轉速為:50轉/分到580轉/分;球磨時間為0.5小時到72小時;球磨中所加分散劑是水或者含金屬的親水性咪唑類離子液體電解液、含金屬的親水性吡啶類離子液體電解液或含金屬的親水性吡咯類離子液體、含金屬的親水性氫鍵供體類類離子液體電解液,含金屬的親水性水合鹽類類離子液體電解液;所述分散劑與單分散金屬原子/石墨烯復合材料的比例控制在1毫升/克到100毫升/克之間。

29.根據權利要求1或25所述的電化學溶脹石墨制備單分散金屬原子/石墨烯復合材料的方法,其特征在于:步驟(3)或(5)中,所述高速剪切機的工作溫度為20攝氏度到60攝氏度;轉速為50轉/分到3000轉/分;剪切時間為0.5小時到72小時;剪切中所加分散劑是水或者含金屬的親水性咪唑類離子液體電解液、含金屬的親水性吡啶類離子液體電解液或含金屬的親水性吡咯類離子液體、含金屬的親水性氫鍵供體類類離子液體電解液,含金屬的親水性水合鹽類類離子液體電解液;所述分散劑與單分散金屬原子/石墨烯復合材料(質量,克)的比例控制在1毫升/克到100毫升/克之間。

30.根據權利要求1或25所述的電化學溶脹石墨制備單分散金屬原子/石墨烯復合材料的方法,其特征在于:步驟(3)或(5)中,所述離心的轉速為50轉/分到11000轉/分;離心時間為1分鐘到10小時。

31.根據權利要求1所述的電化學溶脹石墨制備單分散金屬原子/石墨烯復合材料的方法,其特征在于:步驟(3)中,所述壓濾的壓力在1千帕到20兆帕之間;壓濾時間在10分鐘到24小時之間;壓濾漿料的濃度在1毫升/克到100毫升/克之間;壓濾中所加分散劑是水或者含金屬的親水性咪唑類離子液體電解液、含金屬的親水性吡啶類離子液體電解液或含金屬的親水性吡咯類離子液體、含金屬的親水性氫鍵供體類類離子液體電解液,含金屬的親水性水合鹽類類離子液體電解液;所述分散劑與單分散金屬原子/石墨烯復合材料的比例控制在1毫升/克到100毫升/克之間。

32.根據權利要求1所述的電化學溶脹石墨制備單分散金屬原子/石墨烯復合材料的方法,其特征在于:步驟(3)中,所述抽濾時間在10分鐘到24小時之間;抽濾漿料的濃度在1毫升/克到100毫升/克之間。

33.根據權利要求1所述的電化學溶脹石墨制備單分散金屬原子/石墨烯復合材料的方法,其特征在于:步驟(3)中,所述自然沉降的時間在12小時到144小時之間。

34.根據權利要求1所述的電化學溶脹石墨制備單分散金屬原子/石墨烯復合材料的方法,其特征在于:所述步驟(4)或(5)中,所述干燥為冷凍干燥、鼓風或真空干燥中的一種;

采用冷凍干燥,溫度為-50攝氏度,干燥時間為10 - 96 h,獲得單分散金屬原子/石墨烯復合材料粉末;

采用鼓風或真空干燥,溫度為70 - 120 ℃,干燥時間為2 - 96 h;獲得單分散金屬原子/石墨烯復合材料粉末。

35.根據權利要求1所述的電化學溶脹石墨制備單分散金屬原子/石墨烯復合材料的方法,其特征在于:步驟(5)中,所述熱處理溫度為600 ~ 1000℃;所述熱處理時間為10 min ~ 10 h。

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