[发明专利]一种基于碳纳米纤维金属硫化物自支撑复合材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种基于碳纳米纤维金属硫化物自支撑复合材料，其特征在于：以聚丙烯腈、多巴胺、乙酸钴、钼酸钠、硫代乙酰胺和丁烷四羧酸为原料，利用纤维上的羟基和1，2，3，4-丁烷四羧酸上的羧基之间以及钴钼离子与羧基之间的异性相吸的原理，先采用预氧化和碳化结合的方法制备碳纳米纤维，再通过一步水热法，在碳纳米纤维表面生长纳米花状结构的二硫化钴和三硫化二钼。

2.根据权利要求1所述基于碳纳米纤维金属硫化物自支撑复合材料，其特征在于：所述碳纳米纤维为保持聚丙烯腈/多巴胺碳纳米纤维的骨架结构，作为复合材料的骨架，起提供支撑骨架，孔结构和活性位点的作用；

所述二硫化钴和三硫化二钼为钴钼双金属催化剂，作为复合材料的导电层，起提升复合材料的电导率，提供催化作用；

所述二硫化钴和三硫化二钼形成三级结构，一级结构为由二硫化钴和三硫化二钼构成纳米片，二级结构为纳米片围成球簇，三级结构为球簇均匀包覆在聚丙烯腈/多巴胺碳纳米纤维表面，起到提供催化活性位点的作用。

3.一种基于碳纳米纤维金属硫化物自支撑复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1，聚丙烯腈/多巴胺碳纳米纤维的制备，在磁力搅拌下，将聚丙烯腈和盐酸多巴胺在N,N-二甲基甲酰胺中分散，得到溶液A后进行静电纺丝，得到PAN/DA纤维，并进行干燥，得到纤维；然后，进行预氧化，再进行碳化，得到碳纳米纤维；

步骤2，基于碳纳米纤维金属硫化物自支撑复合材料的制备，将乙酸钴和钼酸钠溶于水中搅拌得到溶液B；另外，将硫代乙酰胺和丁烷四羧酸溶于水中搅拌得到溶液C；然后，将溶液C逐滴滴到溶液B中得到混合溶液，再裁取步骤1所得碳纳米纤维加入混合溶液中，得到反应液；最后，将反应液进行水热反应，所得产物经洗涤、干燥，即可得到基于碳纳米纤维金属硫化物自支撑复合材料。

4.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于：所述步骤1聚丙烯腈、盐酸多巴胺和DMF的质量比为4：1：30；所述步骤1溶液A的搅拌时间为10-12 h；所述步骤1静电纺丝的条件为，电压为15-16 kV，推注速度为0.08 mm/min。

5.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于：所述步骤1预氧化的条件为，在空气中，升温速率为1 ℃/min，预氧化温度为240~250 ℃，预氧化时间为10~12 h；所述步骤1碳化的条件为，在氮气条件，升温速率为3 ℃/min，碳化温度为900-1000 ℃，碳化时间为2-3 h。

6.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于：所述步骤2乙酸钴、钼酸钠、硫代乙酰胺和丁烷四羧酸的物质的量之比为1：1：（5-7）：（4-6）；所述步骤2溶液B和溶液C的搅拌时间为10-12 h。

7.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于：所述步骤2乙酸钴质量与裁取的碳纳米纤维面积比为0.04 g/cm²；所述步骤2水热反应的条件为，反应温度为160-180 ℃，水热时间为20-24 h。

8.一种基于碳纳米纤维金属硫化物自支撑复合材料作为析氢催化剂材料的应用，其特征在于：在1 M KOH溶液中反应，在过电势为105.2 mV达到电流密度为10 mA cm^-2，塔菲尔斜率为152.83 mV dec^-1，电流保持率为94.53 %。