[发明专利]一种新型纳米碳材料的制备方法及其电催化制氢应用

权利要求书

1.一种新型纳米碳材料的制备方法，其特征是包括以下制备方法：

（1）、在特定温度下，在单金属ZIFs骨架结构中引入第二种或多种金属合成双金属或多种金属基ZIFs材料；

（2）、在高于该ZIFs材料有机配体分解温度下对材料在惰性气氛下进行碳化得到所述纳米尺寸的碳包覆双金属或多金属的碳材料；

所述特定温度选自下述任意一种：室温，冰水混合浴（4℃），用液氮快速冷冻；

所述单金属ZIFs材料选自下述任意一种：ZIF-9（Co(bIm)₂），ZIF-12（Co(bIm)₂），ZIF-65（Co(nIm)₂），ZIF-67（Co(mIm)₂），ZIF-69（Zn(nIm)₂），ZIF-90（Zn(Ica)₂），ZIF-90（Zn(cBIm)₂），HKUST-1（Cu(BTC)₂）；第二种或多种金属选自下述任意一种或多种：醋酸镍，硫酸镍，氨基磺酸镍，硼酸镍，氨基磺酸钴，碳酸铜，钼酸铵，氯化铁。

2.根据权利要求1所述的新型纳米碳材料的制备方法，其特征是：对双金属或多金属基ZIFs材料的分解温度范围在600-900 ℃之间。

3.根据权利要求1所述的新型纳米碳材料的制备方法，其特征是：所述惰性气氛选自下述任意一种气体：氩气，氮气，氖气，氦气，氪气。

4.根据权利要求1所述的新型纳米碳材料的制备方法，其特征是包括以下具体制备方法：

（a）沸石咪唑骨架结构材料Ni_xCo_1-x-ZIFs的合成方法如下：冰水混合浴下，将1.3686 份2-甲基咪唑和1.6868 份三乙胺溶于15 份冰水混合液中，0.4152 份醋酸钴和醋酸镍溶于15ml冰水混合液中，将两溶液分别在800 r/min的磁力搅拌器上搅拌30 min，然后将两溶液混合搅拌10 min，所得沉淀用水洗涤并离心，弃除上清液；重复洗涤离心操作5次，60 ℃烘干10 h；其中醋酸钴和醋酸镍的添加量按金属原材料的摩尔比取，得到的纳米碳材料产品命名为Ni_xCo_1-x-ZIFs，其中x指Ni的摩尔量，1-x指Co的摩尔量；

（b）纳米碳包覆的双金属碳材料的合成方法：将得到的Ni_xCo_1-x-ZIFs置入干净的石英舟里，将石英舟平方在管式炉中，通入氩气20min以驱赶管式炉中的空气保证为氩气气氛，通过程序升温进行碳化加热，设置升温速度4 ℃/min从室温升温至800 ℃，达到目标温度时停止升温保持该温度4h后自然冷却至室温，得到的黑色样品命名为Ni_xCo_1-x@N-Cs₈₀₀。

5.一种如权利要求1-4中任一项所述的新型纳米碳材料的电催化制氢应用，其特征是：包括以下步骤：通过将新型纳米碳材料修饰于工作电极表面，在一定PH溶液中测试线性伏安响应，观察所得到的LSV曲线拐弯处所对应的电势的高低来判断电催化制氢性能的强弱；

所述工作电极为石墨电极，碳糊电极、钛电极、玻碳电极、金电极、锌电极或铂电极；所述对比电极为铂丝电极、铂柱电极、铂网电极、铂片电极或石墨棒电极；所述参比电极为饱和甘汞电极、银氯化银电极、硫酸亚汞电极或汞氧化汞电极；

所述一定PH的溶液为PH=0 ~ 14的 KOH， NaOH或硫酸水溶液；

所述的修饰电极的新型纳米碳材料的浓度为4.5 ~ 6 mg/ml 的nafion-乙醇溶液（V_nafion/V_乙醇=1:1），修饰溶液体积为5 ~ 10 µL；

所述电化学线性伏安响应的扫描电压范围为0 ~ -1.6 V；所述扫描速度为5 mV/s，10 mV/s，20 mV/s。