[发明专利]一种具备高效电催化氧还原性能的多孔碳纳米纤维/石墨烯复合材料及其制备方法

摘要

本发明公开了一种具备高效电催化氧还原性能的多孔碳纳米纤维/石墨烯复合材料及其制备方法。该方法以电纺Fe(NO)₃·6H₂O/PAN/GO（氧化石墨烯）/SiO₂纳米纤维为前驱体，通过NaOH除去SiO₂，最后经过高温碳化，得多孔碳纳米纤维/石墨烯复合材料。该复合材料制备工艺简单，材料成本低，重复性高，易于大规模合成。引入SiO₂和GO对碳纤维进行改性，具有以下优点：1)通过刻蚀SiO₂制造的介孔，能极大程度的减少反应物和产物与活性位点间的传质阻力，有效提高催化效应；2）GO使Fe纳米粒子催化周围碳层生成更多催化活性位点。

主权项

一种具备高效电催化氧还原性能的多孔碳纳米纤维/石墨烯复合材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:(1) 以聚丙烯腈、Fe(NO)₃·6H₂O、纳米SiO₂和氧化石墨烯为原料,以DMF为有机溶剂,在室温搅拌均匀后,形成前躯体溶液;(2)将前躯体溶液通过静电纺丝的方法得到有机纳米纤维,具体过程如下:a.将前驱体溶液放入注射器中,并通过一导管连接到一金属接头上,使用流量控制器控制前驱体溶液的流速保持在0.1‑10s/cm；b.使用平板电极、平行金属板电极或者可转动的滚筒电极作为接收电极;c.将高压发生装置的两极分别连接在金属接头和接收电极上,金属接头的下端和接收电极保持5‑50cm,通过高压发生装置提供1‑60kV的高压;d.在温度范围为10‑40℃、湿度范围为10‑80%下,得到规则的或者无规则的有机纳米纤维;(3)将有机纳米纤维浸泡于NaOH溶液中去除SiO₂，再在惰性气氛下进行热处理,得到含过渡金属与氮元素的多孔碳纳米纤维/石墨烯复合材料。