[发明专利]一种碳纤维负载金属催化剂及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种碳纤维负载金属催化剂，其特征在于，该催化剂由碳纤维、石墨化添加剂、金属颗粒按质量比为100：0.01：0.01～100：50：90混合得到，

所述的碳纤维的直径为为50nm～5μm，孔隙率为20～80％，比表面积为2～2500m²g^-1，孔容为0.1～15mL g^-1；

所述的石墨化添加剂为石墨化程度高的碳材料，选自氧化石墨烯纳米带、单臂，双臂或者多臂碳纳米管、氧化石墨烯、石墨烯纳米片或石墨烯纳米球中的一种或几种，

所述的金属颗粒为直径0.1～50nm的过渡金属、镧系金属、锕系金属中的单一金属、金属合金、金属氧化物、金属盐中的一种或几种的混合物。

2.根据权利要求1所述的一种碳纤维负载金属催化剂，其特征在于，

所述的碳纤维、石墨化添加剂、金属颗粒的质量比优选100：0.5：10～100：5：60，

碳纤维的直径优选50-500nm，孔隙率优选50～70％、比表面积优选1000～1500m²g^-1、孔容优选6～10mLg^-1，

金属颗粒的直径优选1～10nm，所述的过渡金属为铂、铑、钯、金、银、铜、锰或铁。

石墨化添加剂为氧化态碳材料或还原态碳材料。

3.根据权利要求2所述的一种碳纤维负载金属催化剂，其特征在于，所述的石墨化添加剂优选氧化态碳材料。

4.如权利要求1-3中任一项所述碳纤维负载金属催化剂的制备方法，其特征在于，该方法采用以下步骤：

(1)将1份重量份聚丙烯腈以及0.0001～0.5份重量碳材料添加剂溶于二甲基甲酰胺或者二甲基乙酰胺中，聚丙烯腈浓度为7～20wt％，在20～100℃下搅拌0.5～24h：

(2)将步骤(1)得到的混合溶液进行静电纺丝，纺丝所得纤维膜置于反应炉中进行碳化得到含有碳材料添加剂的碳纳米纤维；

(3)将碳纳米纤维溶解形成0.05～1wt％的复合碳纤维分散液，加入金属前驱体搅拌形成均匀分散液，金属前驱体在分散液中的载量为1～99wt％，用0.5～4M氢氧化钾水溶液调节pH值为9～13，搅拌并进行还原反应，再经过滤，真空干燥得到碳纤维负载金属催化剂。

5.根据权利要求4所述的一种碳纤维负载金属催化剂的制备方法，其特征在于，所述的静电纺丝所使用的电压范围为5～30KV，流速为0.02～0.5ml/h，纺丝接收距离为5～30cm。

6.根据权利要求4所述的一种碳纤维负载金属催化剂的制备方法，其特征在于，所述的碳化的过程分预氧化和碳化两个阶段，预氧化温度为180～320℃、升温速率为1～10℃/min；碳化温度为600～2200℃，升温速度为1～20℃/min。

7.根据权利要求4所述的一种碳纤维负载金属催化剂的制备方法，其特征在于，所述的金属前驱体为过渡金属、镧系金属、锕系金属中的单一金属、金属合金、金属氧化物、金属盐中的一种或几种的混合物，碳纳米纤维与金属质量比为100：0.01～100：99，优选100：10～100：60。

8.根据权利要求4所述的一种碳纤维负载金属催化剂的制备方法，其特征在于，所述的碳纳米纤维与金属前驱体中的金属质量比优选100：10～100：60。

9.根据权利要求4所述的一种碳纤维负载金属催化剂的制备方法，其特征在于，还原反应采用的还原剂为硼氢化钠、乙二醇或甲醇，反应温度为10～180℃。

10.如权利要求1-9中任一项所述的碳纤维负载金属催化剂的应用，其特征在于，该碳纤维负载金属催化剂应用于燃料电池、锂离子电池，超级电容器储氢材料中。