一种纳米线网络结构催化剂及其自组装制备方法技术

本发明专利技术公开一种纳米线网络结构催化剂及其自组装制备方法，制备时，对线状生物质纤维素在尿素碱溶液中进行活化使其表面修饰上氨基；纤维素表面的氨基吸附溶液中的钴离子进行配位；再与溶液中的2‑甲基咪唑小分子进行组装，在纤维素表面形成一层MOF结构。热解MOF包覆的线状纤维素得到同时具有高氧还原/氧析出催化活性与稳定性的纳米线网络结构的Co‑N‑C催化剂。将其装配于锌空电池中展现出出乎意料的循环稳定性。本发明专利技术提供的催化剂由直径约40 nm的三维彼此粘连的碳纳米线组成，纳米线表层为高分散、元素均匀分布的Co‑N‑C活性层。它不仅提供了极高的氧还原和氧析出活性，同时具有出色的电化学稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米线网络结构催化剂及其自组装制备方法
本专利技术属于新能源材料领域，具体涉及一种纳米线网络结构催化剂及其自组装制备方法。
技术介绍
作为燃料电池、金属空气电池和水电解池三种电化学设备中至关重要的一部分，氧电催化由于极高的反应过电势和缓慢的动力学严重制约了这几种设备的大规模应用。商业化燃料电池阴极催化层中使用的是多孔碳负载PtCo合金，阴极载量为0.1-0.4mg/cm2，约占据整个膜电极40%的成本。同样用于商业氧析出的催化剂为Ru或Ir的氧化物，在高电势碱性电解质中会被进一步氧化而溶解。此外，贵金属还面临着储量稀少而无法大规模应用的局面。因此，研发新型的、廉价的氧电催化剂替代品显得十分重要。目前，比较有效的氧电催化剂材料为高比表面积碳负载过渡金属M-Nx复合物。较为普遍的方法为使用多孔碳负载纳米结构过渡金属。如公开号为CN112290037A的中国专利技术专利申请公开了一种N掺杂多孔碳球负载管状纳米Co9S8的氧还原催化剂，通过将胺化酚醛树脂微球碳化得到多空碳球，再吸附钴源、水热碳化的制备方法。又如公开号为CN112652780本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米线网络结构催化剂的自组装制备方法，其特征在于，主要包括如下步骤：/n1）将纤维素膜置于含尿素的氢氧化钠溶液中浸泡3-6h进行活化，使纤维素膜表面氨基化，对表面氨基化的纤维素膜进行冻结-冻干；/n2）将冻干后的纤维素膜置入一定浓度的四水合乙酸钴水溶液中浸泡1-3h，使纤维素膜充分浸润和钴离子配位，取出用去离子水冲洗并放在去离子水中6-12h除去不稳定的钴离子，再经冻结-冻干过程；/n3）将上述步骤2）中冻干的纤维素膜置入一定浓度的2-甲基咪唑水溶液中浸泡1-3h，使纤维素膜充分浸润和咪唑小分子自组装，用去离子水洗去残余的离子，再经冻结-冻干过程，得到MOF包覆的纤维素；/n4）称取适...

【技术特征摘要】
1.一种纳米线网络结构催化剂的自组装制备方法，其特征在于，主要包括如下步骤：
1）将纤维素膜置于含尿素的氢氧化钠溶液中浸泡3-6h进行活化，使纤维素膜表面氨基化，对表面氨基化的纤维素膜进行冻结-冻干；
2）将冻干后的纤维素膜置入一定浓度的四水合乙酸钴水溶液中浸泡1-3h，使纤维素膜充分浸润和钴离子配位，取出用去离子水冲洗并放在去离子水中6-12h除去不稳定的钴离子，再经冻结-冻干过程；
3）将上述步骤2）中冻干的纤维素膜置入一定浓度的2-甲基咪唑水溶液中浸泡1-3h，使纤维素膜充分浸润和咪唑小分子自组装，用去离子水洗去残余的离子，再经冻结-冻干过程，得到MOF包覆的纤维素；
4）称取适量MOF包覆的纤维素，放入石英管式炉中，在保护气氛下以2-10℃/min的速率升温至600-900℃并保温2-4h，待自然冷却至室温后取出得到样品；
5）对步骤4）中得到的样品进行碾磨，碾磨后倒入一定浓度的盐酸溶液中，升温至60-80℃，持续4-8h，得到样品；
6）将步骤5）中得到的样品进行离心、去离子水洗涤，干燥，得到最终的催化剂。


2.根据权利要求1所述的一种纳米线网络结构催化剂的自组装制备方法，其特征在于，在步骤1）中，所述氢氧化钠浓度为0.02-0.2M，溶液中尿素含量为5-50g/ml。


3.根据权利要求1所述的一种纳米线网络结构催化剂的自组装制备方法，其特征在于，在步骤1）、步骤2）和步骤3）中，所述冻结-冻干步骤为：使用液氮将...

【专利技术属性】
技术研发人员：张锐明，王锐，谭洪云，郑书红，夏雁楠，
申请(专利权)人：广东省武理工氢能产业技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44