[发明专利]一种双金属化合物掺杂的木质素基碳杂化纳米材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种双金属化合物掺杂的木质素基碳杂化纳米材料及其制备方法。其步骤为：1)将过渡金属的氰合配合物和木质素或改性木质素溶解在适当溶剂当中，形成溶液A；将过渡金属化合物溶解于合适溶剂当中，形成溶液B；溶液A和B混合反应得到木质素/PBA复合材料；其中过渡金属的氰合配合物和过渡金属化合物中的过渡金属不相同；2)将步骤1)所得木质素/PBA复合材料碳化即得双金属化合物掺杂的木质素基碳杂化纳米材料。该方法无需复杂操作和严苛的工艺条件，木质素的纳米化过程与PBA晶体的生长协同发生，过程和操作简单。

技术领域

本发明属于电化学能源存储与转化的活性材料领域，具体涉及一种双金属化合物掺杂的木质素基碳杂化纳米材料及其制备方法。

背景技术

木质素是制浆造纸工业的主要副产物，长期被废弃或焚烧处理，造成严重环境污染。然而，作为一种可再生材料，木质素具有较高碳量，将其转化为碳材料，不仅可减少二氧化碳排放，而且可提高其利用价值。以往关于木质素碳材料的研究通常在于制备微米尺度的活性碳材料、碳纤维等，且多数木质素碳材料的功能性较低，缺乏高附加值的功能性应用。因此，将木质素转化为具有微观纳米尺度的结构化或者功能化而成的碳材料，在橡胶补强、超级电容器、金属离子检测、光催化等领域具有独特的性能和成本优势，能够极大地拓展木质素基碳材料的应用范围。另一方面，绿色氢能的应用是实现减碳目标重要一环。在电解水制氢方面，纳米结构化的过渡金属化合物掺杂到高导电性纳米碳材料构筑的杂化纳米材料，具有卓越的性能和成本优势，具有代替昂贵的Pt、Ir等贵金属催化剂的潜力，其杂化纳米材料的纳米尺寸效应对电催化中间体具有良好的吸附能力，且碳载体的高电子迁移效率可赋予杂化材料良好的电化学活性、循环稳定性和使用寿命。但已有预先合成的碳纳米材料作为碳载体成本高、与过渡金属化合物杂化过程复杂、碳材料前驱体多为不可再生的石化资源等原因，严重阻碍了其实际应用。

综上所述，由于木质素的高碳含量和可再生性，是制备高导电性纳米碳材料前驱体的理想材料。然而对于无定形的木质素分子，木质素基碳载体难以形成纳米化结构。

发明内容

针对现有的技术缺陷，本发明的目的是提供一种由普鲁士蓝类似物(PBA)为模版衍生的双金属化合物掺杂的木质素基碳杂化纳米材料及其制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

提供一种双金属化合物掺杂的木质素基碳杂化纳米材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将过渡金属的氰合配合物和木质素或改性木质素溶解在适当溶剂当中，形成溶液A；将过渡金属化合物溶解于合适溶剂当中，形成溶液B；溶液A和B混合反应得到木质素/PBA复合材料；其中过渡金属的氰合配合物和过渡金属化合物中的过渡金属不相同；

2)将步骤1)所得木质素/PBA复合材料碳化即得双金属化合物掺杂的木质素基碳杂化纳米材料。

按上述方案，所述步骤1)中，木质素为木质素磺酸钠、木质素磺酸钙、磺化木质素、碱木质素、酶解木质素；所述改性木质素为羧基化木质素、胺化木质素或酚化木质素，

其中，木质素或改性木质素的分子量为500-6000g/mol。

按上述方案，所述步骤1)中，过渡金属的氰合配合物为六氰合铁(III)酸钾、四氰基镍(II)酸钾、四氰基钯(II)酸钾、六硫氰合铁(III)酸钾、六氰合钴酸钾(III)、六氰基锰(III)酸钾、亚铁氰化钾、亚铁氰化钠或六氰铂(IV)酸钾。

按上述方案，所述步骤1)中，过渡金属化合物为硫酸亚铁铵、醋酸钴、氯化钴、氯化铁、氯化亚铁、硫酸铁、硫酸锰、氯化镉、醋酸锌、氯化锌、硫酸锌、氯化镍、硝酸钴或硝酸镍。

按上述方案，所述步骤1)中，木质素或改性木质素和过渡金属的氰合配合物摩尔比为1:1-1:40；过渡金属化合物与过渡金属的氰合配合物的摩尔比为1:0.5-1:2。