[发明专利]包覆型Fe/Co氮掺杂碳纳米纤维网络结构催化剂及其制备方法和用途

权利要求书

1.一种包覆型Fe/Co氮掺杂碳纳米纤维网络结构催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法至少包括以下步骤：

(1)将有机含氮聚合物与含Fe/Co金属盐溶解于有机溶剂中形成均相纺丝溶液；所述有机含氮聚合物和含Fe/Co金属盐的质量比为10：1～4：1；

(2)将所述均相纺丝溶液进行电纺丝，形成复合纳米纤维布；

(3)将所述复合纳米纤维布进行预氧化处理；

(4)将所述复合纳米纤维布进行预碳化处理，得到纤维材料；

(5)将所述纤维材料进行高温NH₃蚀刻处理。

2.根据权利要求1所述的包覆型Fe/Co氮掺杂碳纳米纤维网络结构催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中含Fe/Co金属盐选自CoCl₂、Co(Ac)₂、Co(NO3)₂、Co(acac)₂、硫酸亚铁、氯化铁或乙酰丙酮铁中的任意一种或几种；所述有机含氮聚合物选自聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、或者聚乙酰亚胺中的任意一种或几种。

3.根据权利要求1所述的包覆型Fe/Co氮掺杂碳纳米纤维网络结构催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)具体为：将含Fe/Co金属盐溶解于有机溶剂中混匀，再加入有机含氮聚合物，水浴50～90℃，搅拌2～6h。

4.根据权利要求1所述的包覆型Fe/Co氮掺杂碳纳米纤维网络结构催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中电纺丝采用卧式静电纺丝机进行纺丝，参数设置为：设置纺丝机内温度40℃～50℃，通风开，相对湿度40～45％；将滚筒用铝箔包覆作为纺丝接收板，设置针头与接收滚筒的距离25～15cm，接收板与针头的距离10～13cm；设定溶液推进速度为0.12～0.18mm/min，电压15～18kV进行纺丝。

5.根据权利要求1所述的包覆型Fe/Co氮掺杂碳纳米纤维网络结构催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中预氧化的具体步骤为：1)将复合纳米纤维布进行真空干燥；2)将真空干燥后的复合纳米纤维布置于空气气氛中，以第一升温速率升至第一温度后保温。

6.根据权利要求5所述的包覆型Fe/Co氮掺杂碳纳米纤维网络结构催化剂的制备方法，其特征在于：所述真空干燥的温度为20℃～100℃；真空干燥的时间为12h～24h，所述第一升温速率为1～2℃/min；所述第一温度为230～280℃；保温时间为2～4h。

7.根据权利要求1所述的包覆型Fe/Co氮掺杂碳纳米纤维网络结构催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)预碳化处理的具体方法为：将预氧化后的复合纳米纤维布置于管式炉中，在保护气氛围下，以第二升温速率升至第二温度后保温，然后自然降温，研磨。

8.根据权利要求1所述的包覆型Fe/Co氮掺杂碳纳米纤维网络结构催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)还包括以下技术特征中的任意一种或几种：

a.所述保护气选自氮气或者其他惰性气体；

b.所述第三升温速率为10～12℃/min，第三温度为800～950℃；

c.所述保护气气流速度为200～500sccm，保温过程中，NH₃气流速度为100～200sccm，自然降温阶段保护气体为N₂，气流速度为200～500sccm。

9.根据权利要求1-8任一权利要求所述的包覆型Fe/Co氮掺杂碳纳米纤维网络结构催化剂的制备方法所制备的包覆型Fe/Co氮掺杂碳纳米纤维网络结构催化剂。

10.如权利要求9所述的包覆型Fe/Co氮掺杂碳纳米纤维网络结构催化剂在质子交换膜燃料电池中用途。