【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及oer电催化剂，特别是涉及一种基于静电纺丝法构筑氮掺杂双金属纳米纤维膜电催化剂的方法及应用。
技术介绍
1、现代社会的运行和发展主要依赖煤、天然气、石油等化石燃料。然而化石燃料是有限的且对环境有害，全球能源危机和环境问题对人类社会构成重大威胁。氢具有高能量容量和零碳排放，是化石燃料的理想替代品。电催化裂解水被广泛认为是一种利用可再生能源、无污染的制氢策略。然而，水分解中的两个半反应，析氢反应(her)和析氧反应(oer)，需要应用高过电位来克服固有的能量势垒。目前，用于水裂解的商用催化剂主要是贵金属基催化剂，如pt、ruo2和iro2。但土壤储量低、成本高、稳定性差限制了其大规模应用。因此，寻找成本低、电催化活性高、稳定性好的催化剂仍然是一个很大的挑战。
2、由于oer涉及4个电子，通常被认为是水劈裂的瓶颈。目前，第一排过渡金属(fe、co、ni、mn)基催化剂如分层氢氧化物、钙钛矿和尖晶石已被广泛研究，其中大多数被认为能很好地用于oer。通过优化吸附能和提高催化剂导电性，不同金属的组合已成为提高催化效率的理想策略。目前，一些双金属催化剂已被广泛研究，如氧化物、磷化物、硫化物和层状双氢氧化物等，但这些催化剂的析氧性能也容易团聚，稳定性差，导电性低，阻碍了大规模应用。
3、近年来，为了解决这些问题，基于纳米颗粒嵌入不同碳材料(即碳纳米管、石墨、石墨烯)的催化剂得到了广泛的研究，因为碳材料具有导电性好、比表面积大、稳定性好的优良催化性能。metal organic framework(mofs)
4、静电纺丝是是一种制备比表面积大、多孔结构、力学性能好的长连续纳米纤维的简便通用的合成技术，因其成本低、产量高而备受关注。其原理将一个强电场作用于聚合物溶液或聚合物熔体上，使其在活性分配下形成直径为2nm到几微米的纳米纤维，覆盖在指定的衬底上。它是一种较为简便的方法，将mofs负载到高孔隙率、高柔韧性的纳米纤维上，从而克服mofs材料存在的缺点，使mofs具有稳定性，成本，操作性和兼容性也优于其他成型方法。通过调节纺丝液的种类、浓度、电压、电导率、温度、湿度等影响静电纺丝的因素，在纳米级上可生产出各种静电纺丝纤维。含氮聚丙烯腈纳米纤维是静电纺丝法制备的一种常用产品，已有研究报道氮掺杂碳材料可以通过改变电子态和提供活性位点来增强电催化活性。然而，通过简单的静电纺丝技术合成嵌入氮掺杂纳米纤维的双金属合金纳米颗粒用于水氧化的报道仍然较少。因此通过一种简单可扩展的方法来制备一系列嵌入多孔氮-碳纤维用于高效、廉价、耐用、高效的催化剂在该领域有着重要的意义。
技术实现思路
1、为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种基于静电纺丝法构筑氮掺杂双金属纳米纤维膜电催化剂的方法及应用，制备所得的氮掺杂双金属纳米纤维膜电催化剂具有比表面积大、多孔结构、氮含量丰富、活性位点多等优点，进而提高了电催化剂的催化性能。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种基于静电纺丝法构筑氮掺杂双金属纳米纤维膜电催化剂的方法，该催化剂由金属盐、n,n-二甲基甲酰胺和聚丙烯腈的混合高分子聚合物，通过配位限域热解转化一维多孔碳纳米材料，包括以下步骤：
3、s1、制备feco-ncnf前驱体溶液；
4、s2、将所得的feco-ncnf前驱体溶液转移到不锈钢针的塑料注射器中进行静电纺丝，得到纳米纤维膜；
5、s3、对得到的纳米纤维膜分别依次进行高温碳化及磷化，得到氮掺杂双金属纳米纤维膜电催化剂。
6、优选的，在所述步骤s1中，所述feco-ncnf前驱体溶液的制备过程包括以下步骤：
7、s11、将5-甲基四唑溶于n,n-二甲基甲酰胺中，记为溶液a；
8、s12、将九水合硝酸铁和六水合硝酸钴溶于n,n-二甲基甲酰胺中，记为溶液b；
9、s13、将溶液b加入到溶液a中，进行反应得到溶液c；
10、s14、向溶液c中加入聚丙烯腈，进行反应得到溶液d；
11、s15、对反应完成后的溶液d进行超声搅拌及磁力搅拌后得到所述feco-ncnf前驱体溶液。
12、优选的，在所述步骤s12中，所述九水合硝酸铁和六水合硝酸钴的摩尔比为1:1。
13、优选的，所述九水合硝酸铁、六水合硝酸钴和聚丙烯腈的质量比为4:1:40。
14、优选的，在所述步骤s15中，进行超声搅拌及磁力搅拌的反应条件为：先将反应完成后的溶液d进行超声搅拌30min，随后在常温下进行磁力搅拌12h。
15、优选的，在所述步骤s2中，通过静电纺丝制备纳米纤维膜包括：
16、将feco-ncnf前驱体溶液注入带有不锈钢针的塑料注射器中，并将塑料注射器放置于静电纺丝机上，不锈钢针与旋转的金属收集器之间的距离为10cm，随后施加20kv高电压，在空气湿度为30％rh下，通过旋转的金属收集器进行静电纺丝，得到纳米纤维膜。
17、优选的，在制备纳米纤维膜时，塑料注射器的推注速率为1ml·h-1。
18、优选的，在所述步骤s3中，纳米纤维膜进行高温碳化的反应过程为：所述纳米纤维膜先在n2中以1℃/min的速度，从常温加热至25℃，并保温2h，随后以5℃/min的速度从250℃碳化至800℃，保温1h。
19、优选的，所述纳米纤维膜在进行高温碳化后，随后进行磷化的反应过程为：将高温碳化后的40mg的纳米纤维膜和800mg的nah2po2分别放置在10cm瓷船的下游及上游，并将其放入加热炉中，随后以2℃/min的加热速度将加热炉的炉温升高至300℃，随后在n2气流下保温5h。
20、本专利技术还提供了一种由上述的制备方法制备得到的氮掺杂双金属纳米纤维膜电催化剂在高效oer电催化剂中的应用。
21、根据本专利技术提供的具体技术方案，本专利技术公开了以下技术效果：
22、(1)本专利技术通过九水合硝酸铁、六水合硝酸钴、5-甲基四唑和聚丙烯腈生产feco-ncnf前驱体溶液，5-甲基四唑提供平面fenx中心，聚丙烯腈提供富氮源，随后通过静电纺丝技术将一个强电场作用于feco-ncnf前驱体溶液上，使其在活性分配下形成一维纳米纤维，然后在n2气氛下，通过不同温度热解纳米纤维，合成了氮掺杂碳纳米纤维包封feco合金纳米颗本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于静电纺丝法构筑氮掺杂双金属纳米纤维膜电催化剂的方法，其特征在于，该催化剂由金属盐、N,N-二甲基甲酰胺和聚丙烯腈的混合高分子聚合物，通过配位限域热解转化一维多孔碳纳米材料，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于静电纺丝法构筑氮掺杂双金属纳米纤维膜电催化剂的方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述FeCo-NCNF前驱体溶液的制备过程包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种基于静电纺丝法构筑氮掺杂双金属纳米纤维膜电催化剂的方法，其特征在于，在所述步骤S12中，所述九水合硝酸铁和六水合硝酸钴的摩尔比为1:1。
4.根据权利要求2所述的一种基于静电纺丝法构筑氮掺杂双金属纳米纤维膜电催化剂的方法，其特征在于，所述九水合硝酸铁、六水合硝酸钴和聚丙烯腈的质量比为4:1:40。
5.根据权利要求2所述的一种基于静电纺丝法构筑氮掺杂双金属纳米纤维膜电催化剂的方法，其特征在于，在所述步骤S15中，进行超声搅拌及磁力搅拌的反应条件为：先将反应完成后的溶液D进行超声搅拌30min，随后在常温下进行磁力搅拌12h。
6
7.根据权利要求6所述的一种基于静电纺丝法构筑氮掺杂双金属纳米纤维膜电催化剂的方法，其特征在于，在制备纳米纤维膜时，塑料注射器的推注速率为1ml·h-1。
8.根据权利要求1所述的一种基于静电纺丝法构筑氮掺杂双金属纳米纤维膜电催化剂的方法，其特征在于，在所述步骤S3中，纳米纤维膜进行高温碳化的反应过程为：所述纳米纤维膜先在N2中以1℃/min的速度，从常温加热至25℃，并保温2h，随后以5℃/min的速度从250℃碳化至800℃，保温1h。
9.根据权利要求8所述的一种基于静电纺丝法构筑氮掺杂双金属纳米纤维膜电催化剂的方法，其特征在于，所述纳米纤维膜在进行高温碳化后，随后进行磷化的反应过程为：将高温碳化后的40mg的纳米纤维膜和800mg的NaH2PO2分别放置在10cm瓷船的下游及上游，并将其放入加热炉中，随后以2℃/min的加热速度将加热炉的炉温升高至300℃，随后在N2气流下保温5h。
10.根据权利要求1-9任一项所述的一种基于静电纺丝法构筑氮掺杂双金属纳米纤维膜电催化剂的方法制备得到的氮掺杂双金属纳米纤维膜电催化剂在高效OER电催化剂中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种基于静电纺丝法构筑氮掺杂双金属纳米纤维膜电催化剂的方法，其特征在于，该催化剂由金属盐、n,n-二甲基甲酰胺和聚丙烯腈的混合高分子聚合物，通过配位限域热解转化一维多孔碳纳米材料，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于静电纺丝法构筑氮掺杂双金属纳米纤维膜电催化剂的方法，其特征在于，在所述步骤s1中，所述feco-ncnf前驱体溶液的制备过程包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种基于静电纺丝法构筑氮掺杂双金属纳米纤维膜电催化剂的方法，其特征在于，在所述步骤s12中，所述九水合硝酸铁和六水合硝酸钴的摩尔比为1:1。
4.根据权利要求2所述的一种基于静电纺丝法构筑氮掺杂双金属纳米纤维膜电催化剂的方法，其特征在于，所述九水合硝酸铁、六水合硝酸钴和聚丙烯腈的质量比为4:1:40。
5.根据权利要求2所述的一种基于静电纺丝法构筑氮掺杂双金属纳米纤维膜电催化剂的方法，其特征在于，在所述步骤s15中，进行超声搅拌及磁力搅拌的反应条件为：先将反应完成后的溶液d进行超声搅拌30min，随后在常温下进行磁力搅拌12h。
6.根据权利要求1所述的一种基于静电纺丝法构筑氮掺杂双金属纳米纤维膜电催化剂的方法，其...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。