[发明专利]一种修饰有MOFs衍生Fe2O3的碳布及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种修饰有MOFs衍生Fe₂O₃的碳布及其制备方法和应用，属于复合材料技术领域。本发明提供的修饰有MOFs衍生Fe₂O₃的碳布包括含氧官能团活化碳布和原位生长于所述含氧官能团活化碳布的碳纤维表面的MOFs衍生Fe₂O₃纳米颗粒，所述MOFs的有机配体为对苯二甲酸。本发明以金属‑有机骨架衍生的Fe₂O₃纳米颗粒作为活性物质，MOFs衍生Fe₂O₃纳米颗粒相比于传统无机铁氧化物相比，具有良好的生物相容性以及具有较大的比表面积，能够暴露更多的活性位点，当作为微生物燃料电池阳极材料时，活性位点与产电微生物接触，有利于产电微生物在阳极上附着并进行细胞外电子传递，从而提高阳极材料的功率密度。

技术领域

本发明涉及复合材料电池技术领域，特别涉及一种修饰有MOFs衍生Fe₂O₃的碳布及其制备方法和应用。

背景技术

随着全球能源危机日益加重，微生物燃料电池作为一种可以替代传统能源潜力的生物电化学系统引起了研究者们的极大兴趣。限制微生物燃料电池投入商业化使用的主要因素是其较低的功率密度，而提升功率密度的关键在于高性能阳极材料，高性能的阳极材料可以为提高产电微生物进行高效率的细胞外电子传递提供可能。

现有研究表明，铁氧化物的存在可以促进异化金属还原菌等产电微生物分泌与进行细胞外电子传递的物质包括电子梭黄素、外膜c型细胞色素MtrC和OmcA等，能够作为微生物燃料电池的阳极材料。目前，有报道的铁氧化物基微生物燃料电池阳极材料主要Fe₃O₄-碳布复合材料、Fe₃O₄-不锈钢网复合材料，但是他们的功率密度较低，如Fe₃O₄-碳布复合材料的最大功率密度为728mW·m^-2，Fe₃O₄-不锈钢网复合材料的最大功率密度为809mW·m^-2，不能满足微生物燃料电池的应用。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种修饰有MOFs衍生Fe₂O₃的碳布及其制备方法和应用。本发明提供的修饰有MOFs衍生Fe₂O₃的碳布具有高功率密度。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种修饰有MOFs衍生Fe₂O₃的碳布，包括含氧官能团活化碳布和原位生长于所述含氧官能团活化碳布的碳纤维表面的MOFs衍生Fe₂O₃纳米颗粒，所述MOFs的有机配体为对苯二甲酸。

优选的，所述MOFs衍生Fe₂O₃纳米颗粒的粒径为200nm～2μm。

优选的，所述MOFs衍生Fe₂O₃纳米颗粒在碳布表面的负载率为4～5％。

本发明提供了上述修饰有MOFs衍生Fe₂O₃的碳布的制备方法，包括以下步骤：

(1)将含氧官能团活化碳布置于可溶性三价铁源的有机溶液中，滴加对苯二甲酸的有机溶液后进行原位溶剂热反应，得到生长有铁基MOFs的碳布；

(2)对所述生长有铁基MOFs的碳布进行焙烧，得到修饰有MOFs衍生Fe₂O₃的碳布。

优选的，所述可溶性三价铁源与对苯二甲酸的摩尔比为9～18:10。