CN108172846A - 一种双层碳-氮复合物包裹的钴掺杂纳米材料、制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双层碳‑氮复合物包裹的钴掺杂纳米材料及其制备方法，包括步骤：（1）在酸化碳纳米管（CNT）和钴盐存在下同时进行吡咯和苯胺的聚合，形成的黑色固体颗粒为催化剂前驱体，随后将它在850OC热解，得到催化剂中间体‑1；(2）在催化剂中间体‑1表面形成聚多巴胺后再在800OC热解，得到催化剂中间体‑2；（3）将葡萄糖、双氰胺与催化剂中间体‑2在水中混合，随后再蒸干溶液，形成的固体在800OC热解后得到催化剂中间体‑3；（4）将催化剂中间体‑3经H2SO4处理后除去杂质和没有反应的物质，干燥后得到的黑色颗粒为催化剂样品。本发明的一种双层碳‑氮复合物包裹的钴掺杂纳米材料具有氮含量高、金属钴被多层碳‑氮复合物包裹、电活性强、导电性强等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种双层碳-氮复合物包裹的钴掺杂纳米材料的制备方法及其电化学性能，属于纳米材料与电化学能源领域。
背景技术
当前，世界范围内的能源体系主要是以化石能源为基础建立的。然后，由于众所周知的原因，寻找化石能源的替代品一直受到各国政府与科学技术工作者的高度重视，也是世界持续发展的主要动力。在这些化石能源的替代品中，电化学能源是最受关注、最有前途的新型能源之一。电化学能源主要包括新型电化学电池与电化学超级电容器，其中燃料电池在新型电化学电池中占有非常重要的地位。目前，燃料电池与电化学超级电容器在很多技术层面上都取得了很大的突破，其应用前景非常广泛。然后，要真正使这些新型电化学能源在实际中得到广泛的应用，在电极材料的低成本化与高稳定性方面仍然有许多工作要做。在燃料电池方面，它们的阴极反应主要是氧气的还原反应（ORR），铂是已知的最好的催化剂，但它不适合于商业化应用，所以发展非贵金属类的ORR催化剂就显得非常重要；另一方面，对于电化学超级电容器而言，发展基于廉价的、非贵金属类的电极材料也具有重要的应用价值。
对于这些正在进行探索与研究的非贵金属类电极材料来说，非贵金属掺杂的碳-氮复合物是一类最有前途的材料。金属钴是常见的掺杂金属，它与碳-氮中的氮通常形成金属-氮活性基团，从而对ORR具有强的电催化活性。此外，钴掺杂的碳-氮复合物通常也具有非常高的电化学比电容值。但在实际应用中发现，目前的这类钴掺杂的碳-氮复合物的稳定性并不高，多次使用后的活性下降，这是因为金属钴本身并不是一个化学上呈惰性的金属，在使用过程中钴会不断从复合物中溶出，导致催化剂的活性严重下降。因此，开发具有高度稳定性的钴掺杂碳-氮复合物催化剂具有重要的实际意义。
本发明的双层碳-氮复合物包裹的钴掺杂纳米材料既具有优异的电化学活性，又具有高度的稳定性，其设计思想是：首先在钴盐存在下，将苯胺和吡咯在碳纳米管表面上原位聚合，形成钴-聚苯胺-聚吡咯-碳纳米管核心，在这一核心中，碳纳米管不仅极大地增强了材料的导电性，还在内部形成交替的多孔结构，大大提高了材料的实际表面积；接着，通过聚多巴胺的高温热解，在这种钴-聚苯胺-聚吡咯-碳纳米管核心的表面上沉积一层碳-氮复合物；最后，再利用双氰胺的热解作用，在其表面上再沉积一层石墨烯纳米片，从而形成双层碳-氮复合物包裹的钴掺杂纳米材料。
本发明的这种双层碳-氮复合物包裹的钴掺杂纳米材料通过在其核心引入碳纳米管，大大增强了材料的导电性和表面活性面积；通过在碳纳米管表面上同时进行苯胺和吡咯的聚合，大大提高了材料的氮含量，从而为它的高电化学活性提供了氮源；同时，苯胺和吡咯的同时聚合，使形成的材料的结构更加稳定，更加有利于钴的稳定存在；通过在核心表面上引入双层的碳-氮复合物保护层，使金属钴更加稳定，同时也能充分保证核心的结构稳定，并且这种双层保护层本身就含有碳-氮基团，而且纳米石墨烯片本身导电性很强。这多个因素的存在，使本发明的这种双层碳-氮复合物包裹的钴掺杂纳米材料的电化学活性非常强，稳定性非常高，具有重要的实际应用意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种双层碳-氮复合物包裹的钴掺杂纳米材料，本发明的目的还提供了一种双层碳-氮复合物包裹的钴掺杂纳米材料的制备方法。
本发明的实施方案为：一种双层碳-氮复合物包裹的钴掺杂纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将碳纳米管（CNT）颗粒进行酸化处理，得到酸化CNT颗粒；
（2）将酸化CNT颗粒加入水中，强烈搅拌形成分散液；接着往该分散液中同时加入吡咯和苯胺，搅拌，形成均匀混合液；
（3）将过硫酸铵（(NH4)2S2O8）溶于水中，再加入一定质量的钴盐，搅拌溶解后，将形成的溶液迅速倒入上述均匀混合液中，将混合物搅拌均匀，随后将该混合物置于10OC的水浴中，在缓慢搅拌下充分反应；最后将该混合物转入旋转蒸发器中，在60OC下真空蒸干溶液，形成的黑色固体颗粒再转入真空干燥器内，于40OC下干燥，得到催化剂前驱体；
所述钴盐为硝酸钴（Co(NO3)2·6H2O）或醋酸钴（Co(CH3COO)2·4H2O）或氯化钴（CoCl2·6H2O）；
（4）将上述催化剂前驱体在氮气气氛下，以4OC·min-1的升温速度加热至850OC，并在此温度下保持一段时间，随后自然冷却至室温，得到的黑色固体颗粒记为催化剂中间体-1；
(5）将三（羟甲基）胺基甲烷、异丙醇和纯水按1:1:1的体积比组成混合溶剂，随后将上述催化剂中间体-1加入到混合溶剂中，将所得混合物超声处理；随后加入多巴胺，室温下缓慢充分搅拌，反应完成后，离心分离，所得固体洗净，50oC下真空干燥；最后将干燥后的固体在氮气气氛下，以4OC·min-1的升温速度加热至800OC，并在此温度下保持一段时间，随后自然冷却至室温，得到的固体颗粒记为催化剂中间体-2；
（6）将葡萄糖和双氰胺溶于水中，接着加入催化剂中间体-2，搅拌，使固体充分分散，接着将混合物溶液在60OC下真空蒸干溶液，形成的固体于40OC下干燥，将得到的黑色颗粒在氮气气氛下，以4OC·min-1的升温速度加热至800OC，并在此温度下保持一段时间，随后自然冷却至室温，得到的固体颗粒记为催化剂中间体-3；
（7）将催化剂中间体-3与1 mol L-1 H2SO4混合，在40OC水浴中缓慢充分搅拌，以除去催化剂表面杂质和没有反应的物质；随后用水洗至中性，50oC下真空干燥，得到的黑色颗粒为双层碳-氮复合物包裹的钴掺杂纳米材料。
作为优选，步骤(2)中各组份的质量体积比为，水 ：酸化CNT颗粒 ： 吡咯 ：苯胺 =800mL : 100 mg ~ 1000 mg : 0.6 mL : 0.6 mL 。
作为优选，步骤（3）中，过硫酸铵（(NH4)2S2O8）：水：钴盐 = 3.8 g：40 mL：410 mg ~500 mg。
作为优选，步骤（5）中，催化剂中间体-1 ：混合溶剂 ：多巴胺 = 800 mg ：20mL ：50 ~ 300 mg。
作为优选，步骤（6）中，葡萄糖 ：双氰胺溶于 ：水 ：催化剂中间体-2 = 80 mg ：1g ：10mL ：400 mg。
一种根据所述的方法制备的双层碳-氮复合物包裹的钴掺杂纳米材料。
所述方法制备的一种双层碳-氮复合物包裹的钴掺杂纳米材料在对氧还原反应（ORR）电活测定与电化学比电容测定的应用。
本发明的一种双层碳-氮复合物包裹的钴掺杂纳米材料具有氮含量高、金属钴被多层碳-氮复合物包裹、电活性强等优点。通过将钴掺杂的苯胺与吡咯同时进行聚合，形成的聚苯胺和聚吡咯相互并联，产生的肉络状结构保障了钴的稳定存在，再经高温热解后得到催化剂中间体-1，它其实是本发明的材料的核心；随后再在这一核心表面上沉积聚多巴胺，并再经过高温热解后，在核心表面上沉积了一层碳-氮复合物，得到催化剂中间体-2，它起到了保护掺杂钴的作用，并在表面进一步引入了碳-氮基团；最后再利用葡萄糖和双氰胺在高温热时所产生的纳米石墨烯片，再一次在催化剂中间体-2的表面沉积一层纳米石墨烯片，得到催化剂中间体-3，这种纳米石墨烯片的沉积不仅进一步保护了核心的金属钴，也使材料的导电性大大增强；最后通过酸洗，将催化剂表面杂质和没有反应的物质除去，得到一种双层碳-氮复合物包裹的钴掺杂纳米材料。
具体实施方式
实施例1：
（1）首先按通常方法将碳纳米管（CNT）颗粒进行酸化处理：将CNT颗粒与浓硫酸混合，在水浴中不断搅拌下加热至50OC，继续在搅拌下保温2小时之后，过滤，用大量水洗至滤液为中性，在50OC下真空干燥24小时，得到酸化CNT颗粒；
（2）往800mL水中加入100 mg上述酸化CNT颗粒，强烈搅拌下形成分散液；接着往该分散液中同时加入0.6 mL 吡咯和0.6 mL苯胺，搅拌，形成均匀混合液；
（3）将3.8 g过硫酸铵（(NH4)2S2O8）溶于40 mL水中，再加入500 mg的硝酸钴（Co(NO3)2·6H2O），搅拌溶解后，将形成的溶液迅速倒入上述均匀混合液中，将混合物搅拌均匀，随后将该混合物置于10OC的水浴中，在缓慢搅拌下反应24小时；最后将该混合物转入旋转蒸发器中，在60OC下真空蒸干溶液，形成的黑色固体颗粒再转入真空干燥器内，于40OC下干燥24小时，得到催化剂前驱体。
（4）将上述催化剂前驱体转入管式炉中，在氮气气氛下，以4OC·min-1的升温速度加热至850OC，并在此温度下保持2.5小时，随后自然冷却至室温，得到的黑色固体颗粒记为催化剂中间体-1；
(5）将三（羟甲基）胺基甲烷、异丙醇和纯水按1:1:1的体积比组成混合溶剂，随后将800mg上述催化剂中间体-1加入到20mL该混合溶剂中，将所得混合物超声处理；随后加入50 mg多巴胺，室温下缓慢搅拌10小时，反应完成后，离心分离，所得固体洗净，50oC下真空干燥；最后将干燥后的固体转入管式炉中，在氮气气氛下，以4OC·min-1的升温速度加热至800OC，并在此温度下保持1小时，随后自然冷却至室温，得到的固体颗粒记为催化剂中间体-2。
（6）将80 mg葡萄糖和1 g双氰胺溶于10mL水中，接着加入400 mg上述催化剂中间体-2，搅拌，使固体充分分散，接着将混合物溶液转入旋转蒸发器中，在60OC下真空蒸干溶液，形成的固体再转入真空干燥器内，于40OC下干燥24小时，将得到的黑色颗粒转入管式炉中，在氮气气氛下，以4OC·min-1的升温速度加热至800OC，并在此温度下保持2小时，随后自然冷却至室温，得到的固体颗粒记为催化剂中间体-3；
（7）将催化剂中间体-3与1 mol·L-1 H2SO4混合，在40OC水浴中缓慢搅拌混合物2小时，以除去催化剂表面杂质和没有反应的物质；随后用水洗至中性，50oC下真空干燥24小时，得到的黑色颗粒为催化剂样品。
（8）在通常的三电极体系中，以铂片为对电极，饱和甘汞为参比电极，将涂有催化剂样品的玻碳电极为工作电极，在不同的电解质溶液中测定催化剂样品对氧还原反应（ORR）的电活性与电化学比电容。结果为：
（一）对ORR的电活性：
（a）在氧在气饱和的1 mol·L-1 NaOH溶液中：
ORR起始电位为-0.05 V vs SCE；ORR极限扩散电流密度为4.5 mA·cm-2@1200 rpm；连续循环测试100次，ORR起始电位和极限扩散电流密度都保持在第一次的95%以上。
(b) 在氧在气饱和的0.5 mol·L-1 H2SO4溶液中：
ORR起始电位为0.50 V vs SCE；ORR极限扩散电流密度为5.5 mA·cm-2@1200 rpm；连续循环测试100次，ORR起始电位和极限扩散电流密度都保持在第一次的94%以上。
（二）电化学比电容：
在0.5 mol·L-1的KNO3电解质溶液中，电流分别为0.2 A·g-1和0.5 A·g-1时的比电容分别为162 F·g-1和125 F·g-1。连续循环测试100次的比电容达到第一次的96%以上。
实施例2：
步骤（1）与实施例1的步骤（1）相同。
（2）往800mL水中加入500 mg上述酸化CNT颗粒，强烈搅拌下形成分散液；接着往该分散液中同时加入0.6 mL 吡咯和0.6 mL苯胺，搅拌，形成均匀混合液；
（3）将3.8 g过硫酸铵（(NH4)2S2O8）溶于40 mL水中，再加入500 mg的硝酸钴（Co(NO3)2·6H2O），搅拌溶解后，将形成的溶液迅速倒入上述均匀混合液中，将混合物搅拌均匀，随后将该混合物置于10OC的水浴中，在缓慢搅拌下反应24小时；最后将该混合物转入旋转蒸发器中，在60OC下真空蒸干溶液，形成的黑色固体颗粒再转入真空干燥器内，于40OC下干燥24小时，得到催化剂前驱体。
步骤（4）与实施例1的步骤（4）相同。
(5）将三（羟甲基）胺基甲烷、异丙醇和纯水按1:1:1的体积比组成混合溶剂，随后将800 mg上述催化剂中间体-1加入到20mL该混合溶剂中，将所得混合物超声处理；随后加入200 mg多巴胺，室温下缓慢搅拌10小时，反应完成后，离心分离，所得固体洗净，50oC下真空干燥；最后将干燥后的固体转入管式炉中，在氮气气氛下，以4OC·min-1的升温速度加热至800OC，并在此温度下保持1小时，随后自然冷却至室温，得到的固体颗粒记为催化剂中间体-2。
步骤（6）、（7）与实施例1的步骤（（6）、（7）相同。
（8）在通常的三电极体系中，以铂片为对电极，饱和甘汞为参比电极，将涂有催化剂样品的玻碳电极为工作电极，在不同的电解质溶液中测定催化剂样品对氧还原反应（ORR）的电活性与电化学比电容。结果为：
（一）对ORR的电活性：
（a）在氧在气饱和的1 mol·L-1 NaOH溶液中：
ORR起始电位为-0.01 V vs SCE；ORR极限扩散电流密度为5.2mA·cm-2@1200 rpm；连续循环测试100次，ORR起始电位和极限扩散电流密度都保持在第一次的96%以上。
(b) 在氧在气饱和的0.5 mol·L-1 H2SO4溶液中：
ORR起始电位为0.58 V vs SCE；ORR极限扩散电流密度为6.1 mA·cm-2@1200 rpm；连续循环测试100次，ORR起始电位和极限扩散电流密度都保持在第一次的93%以上。
（二）电化学比电容：
在0.5 mol·L-1的KNO3电解质溶液中，电流分别为0.2 A·g-1和0.5 A·g-1时的比电容分别为171 F·g-1和134 F·g-1。连续循环测试100次的比电容达到第一次的98%以上。
实施例3：
步骤（1）与实施例1的步骤（1）相同。
（2）往800mL水中加入1000 mg上述酸化CNT颗粒，强烈搅拌下形成分散液；接着往该分散液中同时加入0.6 mL 吡咯和0.6 mL苯胺，搅拌，形成均匀混合液；
（3）将3.8 g过硫酸铵（(NH4)2S2O8）溶于40 mL水中，再加入500 mg的硝酸钴（Co(NO3)2·6H2O），搅拌溶解后，将形成的溶液迅速倒入上述均匀混合液中，将混合物搅拌均匀，随后将该混合物置于10OC的水浴中，在缓慢搅拌下反应24小时；最后将该混合物转入旋转蒸发器中，在60OC下真空蒸干溶液，形成的黑色固体颗粒再转入真空干燥器内，于40OC下干燥24小时，得到催化剂前驱体。
步骤（4）与实施例1的步骤（4）相同。
(5）将三（羟甲基）胺基甲烷、异丙醇和纯水按1:1:1的体积比组成混合溶剂，随后将800 mg上述催化剂中间体-1加入到20mL该混合溶剂中，将所得混合物超声处理；随后加入300 mg多巴胺，室温下缓慢搅拌10小时，反应完成后，离心分离，所得固体洗净，50oC下真空干燥；最后将干燥后的固体转入管式炉中，在氮气气氛下，以4OC·min-1的升温速度加热至800OC，并在此温度下保持1小时，随后自然冷却至室温，得到的固体颗粒记为催化剂中间体-2。
步骤（6）、（7）与实施例1的步骤（（6）、（7）相同。
（8）在通常的三电极体系中，以铂片为对电极，饱和甘汞为参比电极，将涂有催化剂样品的玻碳电极为工作电极，在不同的电解质溶液中测定催化剂样品对氧还原反应（ORR）的电活性与电化学比电容。结果为：
（一）对ORR的电活性：
（a）在氧在气饱和的1 mol·L-1 NaOH溶液中：
ORR起始电位为-0.02 V vs SCE；ORR极限扩散电流密度为5.1mA·cm-2@1200 rpm；连续循环测试100次，ORR起始电位和极限扩散电流密度都保持在第一次的95%以上。
(b) 在氧在气饱和的0.5 mol·L-1 H2SO4溶液中：
ORR起始电位为0.56 V vs SCE；ORR极限扩散电流密度为5.9 mA·cm-2@1200 rpm；连续循环测试100次，ORR起始电位和极限扩散电流密度都保持在第一次的95%以上。
（二）电化学比电容：
在0.5 mol·L-1的KNO3电解质溶液中，电流分别为0.2 A·g-1和0.5 A·g-1时的比电容分别为163 F·g-1和124 F·g-1。连续循环测试100次的比电容达到第一次的96%以上。
实施例4：
步骤（1）、（2）与实施例1的步骤（1）、（2）相同。
（3）将3.8 g过硫酸铵（(NH4)2S2O8）溶于40 mL水中，再加入430 mg醋酸钴（Co(CH3COO)2·4H2O），搅拌溶解后，将形成的溶液迅速倒入上述均匀混合液中，将混合物搅拌均匀，随后将该混合物置于10OC的水浴中，在缓慢搅拌下反应24小时；最后将该混合物转入旋转蒸发器中，在60OC下真空蒸干溶液，形成的黑色固体颗粒再转入真空干燥器内，于40OC下干燥24小时，得到催化剂前驱体。
步骤（4）、（5）、（6）、（7）与实施例1的步骤（4）、（5）、（6）、（7）相同。
（8）在通常的三电极体系中，以铂片为对电极，饱和甘汞为参比电极，将涂有催化剂样品的玻碳电极为工作电极，在不同的电解质溶液中测定催化剂样品对氧还原反应（ORR）的电活性与电化学比电容。结果为：
（一）对ORR的电活性：
（a）在氧在气饱和的1 mol·L-1 NaOH溶液中：
ORR起始电位为-0.01 V vs SCE；ORR极限扩散电流密度为5.8 mA·cm-2@1200 rpm；连续循环测试100次，ORR起始电位和极限扩散电流密度都保持在第一次的96%以上。
(b) 在氧在气饱和的0.5 mol·L-1 H2SO4溶液中：
ORR起始电位为0.59 V vs SCE；ORR极限扩散电流密度为6.5 mA·cm-2@1200 rpm；连续循环测试100次，ORR起始电位和极限扩散电流密度都保持在第一次的94%以上。
（二）电化学比电容：
在0.5 mol·L-1的KNO3电解质溶液中，电流分别为0.2 A·g-1和0.5 A·g-1时的比电容分别为168 F·g-1和131 F·g-1。连续循环测试100次的比电容达到第一次的98%以上。
实施例5：
步骤（1）、（2）与实施例1的步骤（1）、（2）相同。
（3）将3.8 g过硫酸铵（(NH4)2S2O8）溶于40 mL水中，再加入410 mg 氯化钴（CoCl2·6H2O），搅拌溶解后，将形成的溶液迅速倒入上述均匀混合液中，将混合物搅拌均匀，随后将该混合物置于10OC的水浴中，在缓慢搅拌下反应24小时；最后将该混合物转入旋转蒸发器中，在60OC下真空蒸干溶液，形成的黑色固体颗粒再转入真空干燥器内，于40OC下干燥24小时，得到催化剂前驱体。
步骤（4）、（5）、（6）、（7）与实施例1的步骤（4）、（5）、（6）、（7）相同。
（8）在通常的三电极体系中，以铂片为对电极，饱和甘汞为参比电极，将涂有催化剂样品的玻碳电极为工作电极，在不同的电解质溶液中测定催化剂样品对氧还原反应（ORR）的电活性与电化学比电容。结果为：
（一）对ORR的电活性：
（a）在氧在气饱和的1 mol·L-1 NaOH溶液中：
ORR起始电位为-0.08 V vs SCE；ORR极限扩散电流密度为5.1 mA·cm-2@1200 rpm；连续循环测试100次，ORR起始电位和极限扩散电流密度都保持在第一次的94%以上。
(b) 在氧在气饱和的0.5 mol·L-1 H2SO4溶液中：
ORR起始电位为0.54 V vs SCE；ORR极限扩散电流密度为5.9 mA·cm-2@1200 rpm；连续循环测试100次，ORR起始电位和极限扩散电流密度都保持在第一次的94%以上。
（二）电化学比电容：
在0.5 mol·L-1的KNO3电解质溶液中，电流分别为0.2 A·g-1和0.5 A·g-1时的比电容分别为176 F·g-1和128 F·g-1。连续循环测试100次的比电容达到第一次的95%以上。
Claims (7)
1.一种双层碳-氮复合物包裹的钴掺杂纳米材料的制备方法，其特征是包括以下步骤：
（1）将碳纳米管（CNT）颗粒进行酸化处理，得到酸化CNT颗粒；
（2）将酸化CNT颗粒加入水中，强烈搅拌形成分散液；接着往该分散液中同时加入吡咯和苯胺，搅拌，形成均匀混合液；
（3）将过硫酸铵（(NH4)2S2O8）溶于水中，再加入一定质量的钴盐，搅拌溶解后，将形成的溶液迅速倒入上述均匀混合液中，将混合物搅拌均匀，随后将该混合物置于10OC的水浴中，在缓慢搅拌下充分反应；最后将该混合物转入旋转蒸发器中，在60OC下真空蒸干溶液，形成的黑色固体颗粒再转入真空干燥器内，于40OC下干燥，得到催化剂前驱体；
所述钴盐为硝酸钴（Co(NO3)2·6H2O）或醋酸钴（Co(CH3COO)2·4H2O）或氯化钴（CoCl2·6H2O）；
（4）将上述催化剂前驱体在氮气气氛下，以4OC·min-1的升温速度加热至850OC，并在此温度下保持一段时间，随后自然冷却至室温，得到的黑色固体颗粒记为催化剂中间体-1；
(5）将三（羟甲基）胺基甲烷、异丙醇和纯水按1:1:1的体积比组成混合溶剂，随后将上述催化剂中间体-1加入到混合溶剂中，将所得混合物超声处理；随后加入多巴胺，室温下缓慢充分搅拌，反应完成后，离心分离，所得固体洗净，50oC下真空干燥；最后将干燥后的固体在氮气气氛下，以4OC·min-1的升温速度加热至800OC，并在此温度下保持一段时间，随后自然冷却至室温，得到的固体颗粒记为催化剂中间体-2；
（6）将葡萄糖和双氰胺溶于水中，接着加入催化剂中间体-2，搅拌，使固体充分分散，接着将混合物溶液在60OC下真空蒸干溶液，形成的固体于40OC下干燥，将得到的黑色颗粒在氮气气氛下，以4OC·min-1的升温速度加热至800OC，并在此温度下保持一段时间，随后自然冷却至室温，得到的固体颗粒记为催化剂中间体-3；
（7）将催化剂中间体-3与1 mol L-1 H2SO4混合，在40OC水浴中缓慢充分搅拌，以除去催化剂表面杂质和没有反应的物质；随后用水洗至中性，50oC下真空干燥，得到的黑色颗粒为双层碳-氮复合物包裹的钴掺杂纳米材料。
2.根据权利要求1所述的双层碳-氮复合物包裹的钴掺杂纳米材料的制备方法，其特征是，步骤(2)中各组份的质量体积比为，水 ：酸化CNT颗粒 ： 吡咯 ：苯胺 = 800mL : 100mg ~ 1000 mg : 0.6 mL : 0.6 mL 。
3.根据权利要求1所述的双层碳-氮复合物包裹的钴掺杂纳米材料的制备方法，其特征是，步骤（3）中，过硫酸铵（(NH4)2S2O8）：水：钴盐 = 3.8 g：40 mL：410 mg ~ 500 mg。
4.根据权利要求1所述的双层碳-氮复合物包裹的钴掺杂纳米材料的制备方法，其特征是，步骤（5）中，催化剂中间体-1 ：混合溶剂 ：多巴胺 = 800 mg ：20mL ：50 ~ 300 mg。
5.根据权利要求1所述的双层碳-氮复合物包裹的钴掺杂纳米材料的制备方法，其特征是，步骤（6）中，葡萄糖 ：双氰胺溶于 ：水 ：催化剂中间体-2 = 80 mg ：1 g ：10mL ：400mg。
6.一种根据权利要求所述的方法制备的双层碳-氮复合物包裹的钴掺杂纳米材料。
7.权利要求1所述方法制备的一种双层碳-氮复合物包裹的钴掺杂纳米材料在对氧还原反应（ORR）电活测定与电化学比电容测定的应用。
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