一种过渡金属碲化物复合碳纳米纤维、制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种过渡金属碲化物复合碳纳米纤维、制备方法及其应用，本发明专利技术首先以聚丙烯腈、过渡金属盐和碲酸为原料，N,N

【技术实现步骤摘要】
一种过渡金属碲化物复合碳纳米纤维、制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于电解水制氢
，特别涉及一种过渡金属碲化物复合碳纳米纤维、制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]电解水制氢是一种环境友好、低碳可持续的大规模制氢方法。然而，高耗能、低效率一直是电解水制氢的最大障碍，因此迫切需要开发高效、低价、稳定的催化剂以降低制氢能耗和提高制氢效率。目前，电解水制氢中阴极析氢反应催化活性最高的催化剂是铂基材料，但是铂较低的地球储量和较高的价格成本限制了其大规模商业化应用。
[0003]过渡金属硫族化合物(硫化物、硒化物和碲化物)作为一类高效的析氢催化剂受到了广泛研究关注，由于碲元素的金属性较硒元素和硫元素更高，因此过渡金属碲化物较硒化物和硫化物具有更高的导电性。过渡金属碲化物最早通过水热/溶剂热法制备，但是这种方法往往难以设计合成具有特定纳米结构的碲化物。随后研究者开发了利用碲粉作为碲源，通过高温热处理将碲粉气化与金属基前驱体发生碲化反应，实现过渡金属碲化物纳米结构的有效设计。但是，这种方法需要用到碲粉作为碲源，碲粉气化后尾气容易泄露到空气中，具有一定的毒性。

技术实现思路

[0004]针对
技术介绍
中存在的技术问题，本专利技术的目的在于提供一种过渡金属碲化物复合碳纳米纤维、制备方法及其应用。该过渡金属碲化物复合碳纳米纤维作为催化剂应用于电解水制氢时表现出优异的电催化析氢活性。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0006]本专利技术的第一方面提供了一种过渡金属碲化物复合碳纳米纤维的制备方法，包括以下步骤：
[0007]S1、制备静电纺丝溶液：
[0008]将聚丙烯腈、过渡金属盐和碲酸溶解于N,N
‑
二甲基甲酰胺中，配制静电纺丝溶液；
[0009]S2、制备过渡金属盐
‑
碲酸掺杂型聚丙烯腈纳米纤维：
[0010]将步骤S1配制的静电纺丝溶液转移到静电纺丝设备中，通过静电纺丝得到过渡金属盐
‑
碲酸掺杂型聚丙烯腈纳米纤维；
[0011]S3、制备过渡金属碲化物复合碳纳米纤维：
[0012]将过渡金属盐
‑
碲酸掺杂型聚丙烯腈纳米纤维置于管式炉内，进行预氧化，然后升温，煅烧，得到过渡金属碲化物复合碳纳米纤维。
[0013]优选地，步骤S1中，所述过渡金属盐、碲酸、N,N
‑
二甲基甲酰胺、聚丙烯腈的用量配比为0.3～0.8mmol：0.6～1.6mmol：6～12mL：0.7～1.5g；进一步优选为0.5～0.7mmol：1.0～1.2mmol：9～12mL：1.0～1.3g。
[0014]优选地，步骤S2中，所述静电纺丝的条件为：静电压为10～18kV，静电纺丝溶液的
的挤出速率为0.1～0.5mL/h，接收距离为10～30cm，接收滚筒滚动速度为60～200r/min。
[0015]优选地，步骤S3中，所述预氧化在空气气氛下进行，预氧化的温度为250～300℃，预氧化时间为0.5～2h；进一步优选地，所述预氧化温度为270～290℃，预氧化时间为0.5～1h。
[0016]优选地，步骤S3中，所述煅烧在惰性氛围下进行，煅烧温度为700～1000℃，煅烧时间为1～3h；进一步优选地，所述煅烧温度为800～900℃，煅烧时间为1.5～2.5h。
[0017]本专利技术的第二方面提供了上述制备方法得到的过渡金属碲化物复合碳纳米纤维。
[0018]本专利技术的第三方面提供了上述过渡金属碲化物复合碳纳米纤维作为催化剂在电解水制氢中的应用。
[0019]本专利技术具备如下有益效果：
[0020](1)本专利技术首先以聚丙烯腈、过渡金属盐和碲酸为原料，N,N
‑
二甲基甲酰胺为溶剂，配制了静电纺丝溶液；然后通过静电纺丝得到过渡金属盐
‑
碲酸掺杂型聚丙烯腈纳米纤维，最后对该纳米纤维煅烧处理，制备了过渡金属碲化物复合碳纳米纤维，该制备方法不仅工艺简单、条件可控、重复性好等特点，而且具有良好的普适性，可以制备一系列过渡金属碲化物复合碳纳米纤维，同时避免了有毒碲源—碲粉的使用。
[0021](2)本专利技术制备的过渡金属碲化物复合碳纳米纤维具有独特的结构优势，由过渡金属碲化物以纳米颗粒均匀负载于碳纳米纤维构成。其中，碳纳米纤维不仅具有较高的电导率，同时还能够提高过渡金属碲化物纳米颗粒的分散度，可提供更多的催化活性位点，促进电催化过程中电子转移和物质传输；实验结果表明，本专利技术制备的过渡金属碲化物复合碳纳米纤维在酸性和碱性溶液中均表现出优异的电催化析氢性能，具有制氢效率高、经济成本低等优点，有望替代商用的Pt/C催化剂，具备良好的应用前景。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023]图1为实施例1制得的碲化钌复合碳纳米纤维的XRD图；
[0024]图2为实施例2制得的碲化银复合碳纳米纤维的XRD图；
[0025]图3为实施例3制得的碲化镍复合碳纳米纤维的XRD图；
[0026]图4为实施例4制得的碲化铜复合碳纳米纤维的XRD图；
[0027]图5为实施例1制得的碲化钌复合碳纳米纤维的SEM图；
[0028]图6为实施例1制得的碲化钌复合碳纳米纤维的TEM图；
[0029]图7为实施例1
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4制备的过渡金属碲化物复合碳纳米纤维在0.5M H2SO4溶液中的LSV曲线图。
[0030]图8为实施例1
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4制备的过渡金属碲化物复合碳纳米纤维在1MKOH溶液中的LSV曲线图。
具体实施方式
[0031]以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本专利技术实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本专利技术。
[0032]实施例1
[0033]一种过渡金属碲化物复合碳纳米纤维，具体为碲化钌复合碳纳米纤维的制备方法，步骤如下：
[0034]S1、配制静电纺丝溶液
[0035]取1g聚丙烯腈、0.5mmol三水合三氯化钌和1mmol碲酸，溶解于9mL N,N
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二甲基甲酰胺中，配制静电纺丝溶液；
[0036]S2、制备三氯化钌
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碲酸掺杂型聚丙烯腈纳米纤维
[0037]将静电纺丝溶液装载在静电纺丝装置的注射器中，在高压电场的作用下，通过静电纺丝将静电纺丝溶液在空气中拉伸延展，最终在接收装置铝箔上固化为纳米纤维，静电纺丝结束后，将纳米纤维膜置于干燥箱内真空干燥，得到三氯化钌
‑
碲酸掺杂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种过渡金属碲化物复合碳纳米纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、制备静电纺丝溶液：将聚丙烯腈、过渡金属盐和碲酸溶解于N,N
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二甲基甲酰胺中，配制静电纺丝溶液；S2、制备过渡金属盐
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碲酸掺杂型聚丙烯腈纳米纤维：将步骤S1配制的静电纺丝溶液转移到静电纺丝设备中，通过静电纺丝得到过渡金属盐
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碲酸掺杂型聚丙烯腈纳米纤维；S3、制备过渡金属碲化物复合碳纳米纤维：将过渡金属盐
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碲酸掺杂型聚丙烯腈纳米纤维置于管式炉内，进行预氧化，然后升温，煅烧，得到过渡金属碲化物复合碳纳米纤维。2.根据权利要求1所述的过渡金属碲化物复合碳纳米纤维的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述过渡金属盐、碲酸、N,N
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二甲基甲酰胺、聚丙烯腈的用量配比为0.3～0.8mmol：0.6～1.6mmol...

【专利技术属性】
技术研发人员：纪律律，应玉龙，叶永庆，蒋昆，叶剑诚，王晟，王騊，
申请(专利权)人：永氢常州能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：