金属-碳氮复合电催化材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供金属‑碳氮复合电催化材料及其制备方法，该材料能够在酸性、中性和碱性环境中表现出良好的电催化性能，并具有良好的稳定性。本发明专利技术所提供的复合电催化材料包括：经聚丙烯腈高温处理而成的氮掺杂碳纤维布；和通过离子注入和高温热处理修复形成在氮掺杂碳纤维布表层、并且与氮掺杂碳纤维布中的碳成键的金属纳米颗粒。制备方法为：步骤1.将碳纤维布放入浓盐酸和浓硝酸混合的碳纤维布中，并加温至沸腾；步骤2.采用聚丙烯腈高温处理，形成氮掺杂碳纤维布；步骤3.进行金属离子注入，在其近表面层形成金属纳米颗粒；步骤4.进行高温热处理，使金属纳米颗粒与碳成键，并修复离子注入形成的缺陷，得到金属‑碳氮复合电催化材料。

Metal carbon nitrogen composite electrocatalytic material and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
金属-碳氮复合电催化材料及其制备方法
本专利技术属于电催化复合材料领域，具体涉及一种金属-碳氮复合电催化材料及其制备方法。
技术介绍
能源和环境是关系到国家和社会发展的重要问题，化石能源的使用虽然为社会发展做出了巨大贡献，但是随之产生的环境问题使得全球生态日益恶化。因此，清洁能源的制备就是尤为重要的一点。这其中，电催化产氢因其无毒无害无污染等优势得到了广泛的关注。同时电催化产氢技术也能将一些不稳定的能源存储为氢能源的形式，提高能源的利用率。目前产氢效率最高的材料是Pt，然而Pt的稀有和昂贵极大的限制了这种催化材料的大规模应用，因此目前的研究主要集中在非贵金属电催化剂，例如过渡金属及其合金，过渡金属氧化物，硫化物，硒化物，碳化物等，而其中大部分材料无法在所有的pH值下都能高效电催化产氢。对于电催化水裂解来说，产氢反应主要在酸性环境下，而氧析出反应主要发生在中性或碱性环境中，寻找一种能同时在不同pH下高效产氢的电催化剂显得尤为重要。同时，产氢材料也需要具备合成方法经济简单，适合大规模生产等条件。专利技术内容本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.金属-碳氮复合电催化材料，其特征在于，包括：/n经聚丙烯腈高温处理而成的氮掺杂碳纤维布；和/n通过离子注入和高温热处理修复形成在氮掺杂碳纤维布表层、并且与氮掺杂碳纤维布中的碳成键的金属纳米颗粒。/n

【技术特征摘要】
1.金属-碳氮复合电催化材料，其特征在于，包括：
经聚丙烯腈高温处理而成的氮掺杂碳纤维布；和
通过离子注入和高温热处理修复形成在氮掺杂碳纤维布表层、并且与氮掺杂碳纤维布中的碳成键的金属纳米颗粒。


2.根据权利要求1所述的金属-碳氮复合电催化材料，其特征在于：
其中，金属纳米颗粒分布在碳纤维布表面至50nm深度范围内，
金属纳米颗粒的直径为10～30nm。


3.权利要求1或2所述的金属-碳氮复合电催化材料的制备方法，其特征在于，包括，以下步骤：
步骤1.将碳纤维布放入浓盐酸和浓硝酸混合的碳纤维布中，并加温至沸腾，形成亲水的碳纤维布；
步骤2.对亲水的碳纤维布采用聚丙烯腈高温处理，形成氮掺杂碳纤维布；
步骤3.对氮掺杂碳纤维布进行金属离子注入，在其表层形成金属纳米颗粒，得到金属纳米颗粒镶嵌的氮掺杂碳纤维布；
步骤4.对金属纳米颗粒镶嵌的氮掺杂碳纤维布进行高温热处理，使金属纳米颗粒与碳成键，并修复离子注入形成的缺陷，得到金属-碳氮复合电催化材料。


4.根据权利要求3所述的金属-碳氮复合电催化材料的制备方法，其特征在于：
其中，在步骤2中，首先，将聚丙烯腈溶于N,N二甲基酰胺中，得到聚丙烯腈溶液；然后，将碳纤维布放入聚丙烯腈溶液中浸泡...

【专利技术属性】
技术研发人员：任峰，吴亮，王雪凝，钟惠舟，蔡光旭，蒋昌忠，
申请(专利权)人：武汉大学苏州研究院，
类型：发明
国别省市：江苏;32