【CN110052282A】一种过渡金属磷化物核壳型氮掺杂碳纳米纤维复合材料的制备和应用【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910366111.7

(22)申请日 2019.05.05

(71)申请人 西北师范大学

地址 730070 甘肃省兰州市安宁区安宁东

路967号

(72)发明人 童金辉　李玉梁　薄丽丽　李文艳　

王复彤　杨涛　安俐蓉　

(74)专利代理机构 兰州智和专利代理事务所

(普通合伙) 62201

代理人 张英荷

(51)Int.Cl.

B01J 27/24(2006.01)

B01J 35/06(2006.01)

B01J 35/10(2006.01)

C25B 1/04(2006.01)

C25B 11/06(2006.01)

(54)发明名称一种过渡金属磷化物/核壳型氮掺杂碳纳米纤维复合材料的制备和应用(57)摘要本发明提供了一种过渡金属磷化物/核壳型氮掺杂碳纳米纤维复合材料的制备方法，是以含碳的高分子聚合物为碳源，先通过静电纺丝技术制备碳纳米纤维，再通过表面聚合的方法将导电聚合物包覆在碳纳米纤维表面，然后通过原位生长的方法将MOF材料负载于导电聚合物包覆的碳纳米纤维表面得到前驱体，最后将前驱体通过高温碳化、磷化处理，得到过渡金属磷化物/核壳型氮掺杂碳纳米纤维复合材料。活性测试结果表明，本发明制备的过渡金属磷化物/核壳型氮掺杂碳纳米纤维复合材料对HER、OER和水的全分解反应都具有很高的电催化活性，在酸碱介质中均有具有良好的稳定性，因此是一种可替代贵金属的双功能催化剂，在电解水反应中具有很好的发

展前景。权利要求书1页 说明书10页 附图5页CN 110052282 A 2019.07.26

C N 110052282

A

1.一种过渡金属磷化物/核壳型氮掺杂碳纳米纤维复合材料制备方法，包括以下工艺步骤：

（1） 碳纳米纤维的制备：将高分子聚合物完全溶解于DMF中形成质量浓度10 %~20 %的溶液；再利用静电纺丝工艺将该溶液制备成纳米纤维，真空干燥，得碳纳米纤维；

（2）导电聚合物包覆碳纳米纤维的制备：将碳纳米纤维浸入去离子水中，向其中加入导电聚合物的乙醇溶液，搅拌12~24小时；用去离子水洗涤，真空干燥即得导电聚合物包覆的碳纳米纤维；

（3）负载MOF前驱体的制备：将导电聚合物包覆的碳纳米纤维、过渡金属盐、有机配体加入甲醇中搅拌20~24小时；在搅拌过程中，过渡金属盐与有机配体形成MOF材料并生长于导电聚合物包覆的碳纳米纤维表面；离心收集产物，并用去离子水洗涤，真空干燥，得到负载了MOF的前驱体；

（4）过渡金属磷化物/核壳型氮掺杂碳纳米纤维的制备：在氮气气氛中，将负载了MOF的前驱体先在500~1000℃下碳化1~5 h，再在300~450℃下以含磷盐为磷源进行磷化处理1~5 h，即得过渡金属磷化物/核壳型氮掺杂碳纳米纤维。

2.如权利要求1所述一种过渡金属磷化物/核壳型氮掺杂碳纳米纤维复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，高分子聚合物为聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇。

3.如权利要求1所述一种过渡金属磷化物/核壳型氮掺杂碳纳米纤维复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，导电聚合物为聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩中的一种，导聚化合物的加入量为碳纳米纤维质量的0.1~1倍。

4.如权利要求1所述一种过渡金属磷化物/核壳型氮掺杂碳纳米纤维复合材料制备方法，其特征在于：步骤（3）中，过渡金属盐为Co(NO 3)2·6H 2O、Zn(NO 3)2·6H 2O和Fe(NO 3)3·9H 2O； 过渡金属盐的质量为导电聚合物包覆的碳纳米纤维质量的1~5倍。

5.如权利要求1所述一种过渡金属磷化物/核壳型氮掺杂碳纳米纤维复合材料制备方法，其特征在于：步骤（3）中，有机配体为2-甲基咪唑、均苯三甲酸，有机配体的质量为导电聚合物包覆的碳纳米纤维质量的1~5倍。

6.如权利要求1所述一种过渡金属磷化物/核壳型氮掺杂碳纳米纤维复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（4）中，含磷盐为次亚磷酸钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钾、磷酸钠、磷酸三甲中的一种；含磷盐的质量为负载MOF前驱体质量的1~20倍。

7.如权利要求1所述方法制备的过渡金属磷化物/核壳型氮掺杂碳纳米纤维复合材料用于碱性介质中电解水析氧反应。

8.如权利要求1所述方法制备的过渡金属磷化物/核壳型氮掺杂碳纳米纤维复合材料用于酸性介质中电解水析氢反应。

9.如权利要求1所述方法制备的过渡金属磷化物/核壳型氮掺杂碳纳米纤维复合材料用于碱性介质中两电极体系水全分解反应。

权　利　要　求　书1/1页2CN 110052282 A