本发明专利技术属于纳米催化材料技术领域，具体涉及一种PAN/PMMA基多孔碳纤维负载合金纳米颗粒复合材料的制备方法。碳纤维中孔洞来源于热处理过程中PMMA的优先分解，采用该方法可获得具有理想配比的二元合金，并且该材料的多孔结构具有空间限域效应，使得金属离子和颗粒的运动受限，可有效抑制合金颗粒进一步长大，从而增加了合金颗粒的比表面积，多孔结构也有利于增加活性组分与电解液的接触面积，提高反应效率，同时，该材料的三维网状结构有助于在电催化反应过程中提供更短的电子传输通道，使得催化效率进一步提升。化效率进一步提升。化效率进一步提升。
【技术实现步骤摘要】
一种基于静电纺丝技术制备多孔碳纤维原位负载合金纳米颗粒复合材料的方法及其电催化析氢应用
[0001]本专利技术属于纳米催化材料
，具体涉及一种PAN/PMMA基多孔碳纤维负载合金纳米颗粒复合材料的制备方法。
技术介绍
[0002]从能源发展和环境治理的角度来看，氢能源不仅是取代传统化石燃料的理想载体，也是未来能源的发展方向。电解水制氢技术由于反应条件温和且产物绿色环保的优势而被认为是最有前途的能源获取途径。电催化析氢过程中使用的大多为贵金属Pt基催化剂，但是Pt基催化剂在制备过程和实际应用中存在以下问题：一是如何提高活性组分的分散程度以增加Pt原子利用率，二是如何增强活性组分与载体的相互作用以提高催化剂在电解液中的稳定性，三是如何精确优化Pt的电子结构以获得更高性能的催化剂。
[0003]为解决上述问题，本专利技术提出了一种基于静电纺丝技术制备多孔碳纤维原位负载合金纳米颗粒复合材料的方法，该材料的多孔结构有利于抑制活性组分团聚，高比表面积的一维多孔碳纤维有利于暴露催化剂的活性位点，Pt原子的利用率得以提升；通过原位锚定作用增强金属纳米颗粒与载体之间的结合力，催化剂在电解液中的稳定性得以提升；基于组分调控策略，在纺丝液中加入一定量的金属盐，即可获得具有理想配比的二元合金，从而对Pt的电子结构进行精确调控。
技术实现思路
[0004]本专利技术提供了一种基于静电纺丝技术制备多孔碳纤维原位负载合金纳米颗粒复合材料的方法，该方法为在纺丝溶液中加入金属盐溶液，通过磁力搅拌将金属离子均匀分散在纺丝溶液中，在预氧化和碳化过程中，金属离子被还原，同步实现在多孔碳纤维上对合金纳米颗粒的原位锚定，制备所得复合材料具有优于商业Pt/C的电催化析氢性能。
[0005]具体方法为：
[0006](1)将PAN和PMMA按照一定的质量比溶解于溶剂中，在加热搅拌一段时间后，加入氯铂酸和氯化镍，搅拌均匀后制得静电纺丝前驱液；
[0007](2)将步骤(1)中的前驱液进行静电纺丝，得到前驱体纤维；
[0008](3)将步骤(2)中得到的前驱体纤维置于马弗炉中进行预氧化，得到预氧化膜；
[0009](4)将步骤(3)中得到的预氧化膜置于管式炉中进行热还原，得到多孔碳纤维原位负载合金纳米颗粒复合材料。
[0010]所述步骤(1)中的静电纺丝前驱液的质量浓度为12％
‑
21％；PAN和PMMA的质量比为(15
‑
7.5):(0
‑
7.5)；溶剂为N
‑
N二甲基乙酰胺(DMAc)；加热温度为50
‑
90℃；加热时间为2
‑
4h。
[0011]所述步骤(2)中的纺丝电压为10
‑
15kV；推进速度为0.5
‑
1.5mL/h；接收距离为15
‑
25cm。
[0012]所述步骤(3)中，马弗炉升温速率为1
‑
5℃/min；保温温度为260
‑
320℃；保温时间为1
‑
3h。
[0013]所述步骤(4)中，管式炉升温速率为1
‑
5℃/min；保温温度为800
‑
1100℃；保温时间为1
‑
3h；保护气氛为N2，Ar等惰性气体。
[0014]与现有技术相比，本专利技术提供了一种基于静电纺丝技术制备多孔碳纤维原位负载合金纳米颗粒复合材料的制备方法，具备以下有益效果：
[0015]1、本专利技术提供的制备方法所制得的多孔碳纤维结构稳定，通过原料配比可有效调控纳米纤维的直径和孔洞分布，且材料中的孔结构来源于PMMA加热分解，故该成孔过程不需要水洗加热洗去模板，操作简单，成本更低。
[0016]2、该材料的多孔结构具有空间限域效应，使得金属离子和颗粒的运动受限，可有效抑制合金颗粒进一步长大，从而增加了合金颗粒的比表面积，且多孔结构有利于增加活性组分与电解液的接触面积，提高反应效率。该材料的三维网状结构有助于在电催化反应过程中提供更短的电子传输通道，从而使得催化效率进一步提升。
[0017]3、由于不同的离子扩散速度不同，因此传统的浸渍法易造成活性组分不均匀的问题，而采用该方法可获得具有理想配比的二元合金。
附图说明：
[0018]为了更清楚地说明本专利技术的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述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示例性的，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，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
[0019]本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本专利技术可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本专利技术所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本专利技术所揭示的
技术实现思路
得能涵盖的范围内。
[0020]图1为本专利技术实施例1提供的PtNi/PCFs的TEM图。
具体实施方式：
[0021]以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。
[0022]实施例1
[0023](1)配制静电纺丝前驱液：将1.2g PAN和0.3g PMMA加入8.49gDMAc中，将配好的混合物在50℃加热2h，待PAN和PMMA全部溶解，加入0.01g氯铂酸和0.01g氯化镍，待氯铂酸和氯化镍溶解，即制得静电纺丝前驱液。
[0024](2)静电纺丝：将步骤(1)中制得的静电纺丝前驱液注入2mL的注射器中进行纺丝，纺丝参数为：正压15kV，负压2kV；接收距离为15cm；推进速度为1mL/h，制得原纤维膜。
[0025](3)预氧化：将步骤(2)中制得的前驱体纤维置于马弗炉中，以1℃/min的升温速率升温至280℃，保温1h后降至室温得到预氧化膜。
[0026](4)碳化：将步骤(3)中的预氧化膜置于管式炉中，在惰性气氛保护下以2℃/min的升温速率升温至1000℃，保温1h后降至室温得到多孔碳纤维负载PtNi合金纳米颗粒复合材
料。
[0027]实施例2
[0028](1)配制静电纺丝前驱液：将0.9g PAN和0.6g PMMA加入8.49gDMAc中，将配好的混合物在50℃加热2h，待PAN和PMMA全部溶解，加入0.01g氯铂酸和0.01g氯化钴，待氯铂酸和氯化钴溶解，制得静电纺丝前驱液。
[0029](2)静电纺丝：将步骤(1)中制得的静电纺丝前驱液注入2mL的注射器中进行纺丝，纺丝参数为：正压17kV，负压2kV；接收距离为20cm；推进速度为0.8mL/h，制得前驱体纤维。
[0030](3)预氧化：将步骤(2)中制得的前驱体纤维置于马弗炉中，以1℃/min的升温速率升温至300℃，保温1h后降至室温得本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于静电纺丝技术制备多孔碳纤维原位负载合金纳米颗粒复合材料的方法，包括：1)将PAN和PMMA按照一定的质量比溶解于溶剂中，在加热搅拌一段时间后，加入两种金属盐，制得静电纺丝前驱液；2)将步骤(1)中的前驱液进行静电纺丝，得到前驱体纤维；3)将步骤(2)中得到的前驱体纤维置于马弗炉中进行预氧化，得到预氧化膜；4)将步骤(3)中得到的预氧化膜置于管式炉中进行热还原，得到多孔碳纤维负载Pt基合金纳米颗粒复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的静电纺丝前驱液的质量浓度为12％
‑
21％；PAN和PMMA的质量比为(15
‑
7.5):(0
‑
7.5)。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中溶剂为N
‑
N二甲基乙酰胺(DMAc)。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中加热温度为50
‑
...
【专利技术属性】
技术研发人员：闵鑫，周怡笛，黄朝晖，房明浩，张丹，
申请(专利权)人：中国地质大学北京，
类型：发明
国别省市：
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