[发明专利]纳米阵列的钴钼复合物/碳纤维复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种纳米阵列的钴钼复合物/碳纤维复合材料及其制备方法，纳米阵列的钴钼复合物/碳纤维复合材料，包括碳纤维基材及负载在碳纤维上的钴钼复合物，钴钼复合物在碳纤维上呈纳米阵列；纳米阵列的钴钼复合物/碳纤维复合材料作为电催化制氢催化剂在1.5～1.8V_vs.RHE电压内，每1cm²上，每消耗0.1L pH为13.6的KOH溶液生产氢2～12L/h(293K 1atm)。制备方法为：将经酸处理后的碳纤维基材浸入钼酸钠与醋酸钴的混合溶液后进行水热反应制得纳米阵列的钴钼复合物/碳纤维复合材料。本发明的材料，钴钼复合物呈纳米阵列，负载量大，电化学性能优良；制备方法工艺简单，反应物价格低廉，条件温和。

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，涉及一种纳米阵列的钴钼复合物/碳纤维复合材料及其制备方法。

背景技术

电催化制氢/氧是一种对环境友好，无污染的能源获取方式，氢能源燃烧热值大且可以大量存储，原材料获取简单，成本低廉。随着政府和公众对环保意识的增强，化石能源的枯竭以及现阶段对能源的需求不断增长，目前对电催化制氢/氧的研发投入不断增多。目前，电催化制氢/氧的主要材料是铂、Pt/C等贵重金属，虽然其催化效率较高，但其成本较高，难以将该技术进一步推广应用，因此开发一种成本低廉的电催化制氢材料极具现实意义。过渡金属氧化物的制备简单，成本低廉且制造过程及其本身对环境友好，被看作是下一代电催化制氢/氧材料。

碳纤维材料由于其具有良好的导电性、结构强度及耐酸碱性能，是一种较为理想的环保材料，目前主要作为多功能材料运用于纺织行业中。

本领域技术人员考虑将过渡金属氧化物于碳纤维材料复合以提高材料的机械性能、导电性能用作电催化制氢材料。目前钼酸钴复合材料在电催化制氢领域用的均为粉末状，其稳定性较差，此外在使用时需要对其进行涂敷，难以直接将其应用到实际生产中。

因此，开发一种催化效率高、稳定性好且能直接用于实际生产的钴钼复合物/碳纤维复合材料极具现实意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术钴钼复合物/碳纤维复合材料催化效率较低的缺陷，提供一种催化效率高、稳定性好且能直接用于实际生产的钴钼复合物/碳纤维复合材料。本发明直接在碳纤维上复合钼酸钴纳米片，其充分利用了碳纤维的高强度和柔性好的优势，将可作为析氢催化剂的钼酸钴纳米片阵列复合在碳纤维上，纳米阵列的形貌特征提高了复合材料表面钴钼复合物的负载量，进而提高了复合材料作为电催化制氢催化剂的催化性能，本发明的纳米阵列的钴钼复合物/碳纤维复合材料可作为高性能高寿命的析氢电极材料。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

纳米阵列的钴钼复合物/碳纤维复合材料，包括碳纤维基材及负载在碳纤维上的钴钼复合物，所述钴钼复合物在碳纤维上呈纳米阵列；

所述纳米阵列的钴钼复合物/碳纤维复合材料作为电催化制氢催化剂在1.5～1.8V_vs.RHE电压内，在单位面积(每1cm²)上，每消耗0.1L pH为13.6的KOH溶液生产氢2～12L/h(293K 1atm)。现有技术的纳米片层钴钼复合物/碳纤维复合材料在相同条件下生产氢小于2L/h。

本发明的复合材料中的钴钼复合物以纳米阵列的形式附着在碳纤维上，其形貌特征独特，相比于纳米片层钴钼复合物/碳纤维复合材料，复合材料表面能够负载更多的钴钼复合物，进而提高复合材料作为电催化制氢催化剂的催化性能。

作为优选的技术方案：

如上所述的纳米阵列的钴钼复合物/碳纤维复合材料，所述钴钼复合物为钼酸钠与醋酸钴反应制得的；所述钴钼复合物为二维纳米片阵列结构，面和面之间有足够的间隙，有利于电解液离子传输，进而能够提高复合材料作为电催化制氢催化剂的催化性能，其纳米阵列厚度为200～800nm。