[发明专利]一种二维全解水纳米碳纤材料及其制备方法

说明书

本发明属于全解水技术领域。本发明提供了一种二维全解水纳米碳纤材料，其制备原料包含：聚丙烯腈、溶剂、乙酰丙酮铜、乙酰丙酮镍、醇类、抗坏血酸和溴化钠溶液；聚丙烯腈和溶剂的重量比为12～18:82～88；乙酰丙酮铜、乙酰丙酮镍、醇类、抗坏血酸和溴化钠溶液的摩尔体积比为0.02～0.04mmol：0.02～0.04mmol：3～5mL：0.06～0.1mmol：8～12mL；聚丙烯腈和乙酰丙酮铜的用量比为12～18g：0.02～0.04mmol。本发明的二维全解水纳米碳纤材料的比表面积大，光激发响应速率快；具有较高的催化活性和稳定性，较快的产氢速率和产氧速率，较高的产氢量和产氧量。

技术领域

本发明涉及全解水技术领域，尤其涉及一种二维全解水纳米碳纤材料及其制备方法。

背景技术

能源是人类社会赖以生存与发展的重要基础，日益增长的能源消耗与有限的化石能源储量以及越来越严峻的环境形势使得开发可再生清洁能源显得非常重要。通过太阳能驱动水分解的“人工光合作用”是实现太阳能转化为清洁可持续生产的氢能的理想手段，也是解决未来能源危机与环境破坏的理想途径。并且，氢气具有热值高、热能集中和可储存运输等优点，使其成为理想的清洁能源之一。

目前所开发的光催化剂使太阳能转化成氢能的转化率普遍较低，远远没有达到实际应用推广的要求；并且，大多数光催化材料在没有牺牲剂的条件下都是很难实现光催化全水分解的。这是由于光催化全解水过程对催化剂材料的要求很高，催化剂要有合适的能级结构来吸收可见光，足够多的催化位点来全解水，催化剂收到光激发后产生的光生电子与空穴对要易分离，难复合，催化剂还要具备成本低廉、绿色无污染的特点。

碳纤维作为一种形貌规整，孔洞多，比表面积大的碳材料，深受研究者的喜爱。因此，研究开发一种用于光催化分解水的高效碳纤材料，从而实现氢能的低成本、大规模工业化生产将具有非常重要的意义和价值。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足提供一种二维全解水纳米碳纤材料及其制备方法。本发明的二维全解水纳米碳纤材料的比表面积大，光激发响应速率快，提高光子和光生电荷利用率。本发明的纳米碳纤材料具有较高的催化活性和稳定性，具有较快的产氢速率和产氧速率，较高的产氢量和产氧量。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种二维全解水纳米碳纤材料，其制备原料包含：聚丙烯腈、溶剂、乙酰丙酮铜、乙酰丙酮镍、醇类、抗坏血酸和溴化钠溶液；

所述聚丙烯腈和溶剂的重量比为12～18:82～88；

所述乙酰丙酮铜、乙酰丙酮镍、醇类、抗坏血酸和溴化钠溶液的摩尔体积比为0.02～0.04mmol：0.02～0.04mmol：3～5mL：0.06～0.1mmol：8～12mL；

所述聚丙烯腈和乙酰丙酮铜的用量比为12～18g：0.02～0.04mmol。

作为优选，所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺溶液、二甲基亚砜溶液、丙二醇或甲醇；所述溴化钠溶液的摩尔浓度为0.2～1mol/L。

作为优选，所述醇类为甲醇、乙醇或丙醇；所述醇类的质量浓度为30～60％。

本发明还提供了一种所述的二维全解水纳米碳纤材料的制备方法，包括如下步骤：

1)将聚丙烯腈和溶剂混合后进行静电纺丝，得到前驱体；

2)对前驱体进行煅烧处理，得到碳纳米管；

3)将碳纳米管、乙酰丙酮铜、乙酰丙酮镍、醇类、抗坏血酸和溴化钠溶液混合后进行水热反应，得到二维全解水纳米碳纤材料。

作为优选，步骤1)所述静电纺丝的电压为15～17kV，距离为17～22cm。

作为优选，步骤2)所述煅烧处理为顺次进行预氧化处理和炭化处理；