[發明專利]一種二維全解水納米碳纖材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202110291168.2
• 申請日: 2021-03-18
• 公開（公告）號: CN113058603B
• 公開（公告）日: 2023-01-10
• 發明（設計）人: 徐廣然;白杰;李春萍;徐薇;翟虹
• 申請（專利權）人: 內蒙古工業大學
• 主分類號: B01J23/755
• 分類號: B01J23/755;B01J35/02;B01J35/06;B01J37/08;B01J37/10;B01J37/34;C01B3/04;C01B13/02
• 代理公司: 北京睿智保誠專利代理事務所(普通合伙) 11732
• 代理人: 王燦

本發明屬于全解水技術領域。本發明提供了一種二維全解水納米碳纖材料，其制備原料包含：聚丙烯腈、溶劑、乙酰丙酮銅、乙酰丙酮鎳、醇類、抗壞血酸和溴化鈉溶液；聚丙烯腈和溶劑的重量比為12～18:82～88；乙酰丙酮銅、乙酰丙酮鎳、醇類、抗壞血酸和溴化鈉溶液的摩爾體積比為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銅的用量比為12～18g：0.02～0.04mmol。本發明的二維全解水納米碳纖材料的比表面積大，光激發響應速率快；具有較高的催化活性和穩定性，較快的產氫速率和產氧速率，較高的產氫量和產氧量。

技術領域

本發明涉及全解水技術領域，尤其涉及一種二維全解水納米碳纖材料及其制備方法。

背景技術

能源是人類社會賴以生存與發展的重要基礎，日益增長的能源消耗與有限的化石能源儲量以及越來越嚴峻的環境形勢使得開發可再生清潔能源顯得非常重要。通過太陽能驅動水分解的“人工光合作用”是實現太陽能轉化為清潔可持續生產的氫能的理想手段，也是解決未來能源危機與環境破壞的理想途徑。并且，氫氣具有熱值高、熱能集中和可儲存運輸等優點，使其成為理想的清潔能源之一。

目前所開發的光催化劑使太陽能轉化成氫能的轉化率普遍較低，遠遠沒有達到實際應用推廣的要求；并且，大多數光催化材料在沒有犧牲劑的條件下都是很難實現光催化全水分解的。這是由于光催化全解水過程對催化劑材料的要求很高，催化劑要有合適的能級結構來吸收可見光，足夠多的催化位點來全解水，催化劑收到光激發后產生的光生電子與空穴對要易分離，難復合，催化劑還要具備成本低廉、綠色無污染的特點。

碳纖維作為一種形貌規整，孔洞多，比表面積大的碳材料，深受研究者的喜愛。因此，研究開發一種用于光催化分解水的高效碳纖材料，從而實現氫能的低成本、大規模工業化生產將具有非常重要的意義和價值。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足提供一種二維全解水納米碳纖材料及其制備方法。本發明的二維全解水納米碳纖材料的比表面積大，光激發響應速率快，提高光子和光生電荷利用率。本發明的納米碳纖材料具有較高的催化活性和穩定性，具有較快的產氫速率和產氧速率，較高的產氫量和產氧量。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種二維全解水納米碳纖材料，其制備原料包含：聚丙烯腈、溶劑、乙酰丙酮銅、乙酰丙酮鎳、醇類、抗壞血酸和溴化鈉溶液；

所述聚丙烯腈和溶劑的重量比為12～18:82～88；

所述乙酰丙酮銅、乙酰丙酮鎳、醇類、抗壞血酸和溴化鈉溶液的摩爾體積比為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銅的用量比為12～18g：0.02～0.04mmol。

作為優選，所述溶劑為N,N-二甲基甲酰胺溶液、二甲基亞砜溶液、丙二醇或甲醇；所述溴化鈉溶液的摩爾濃度為0.2～1mol/L。

作為優選，所述醇類為甲醇、乙醇或丙醇；所述醇類的質量濃度為30～60％。

本發明還提供了一種所述的二維全解水納米碳纖材料的制備方法，包括如下步驟：

1)將聚丙烯腈和溶劑混合后進行靜電紡絲，得到前驅體；

2)對前驅體進行煅燒處理，得到碳納米管；

3)將碳納米管、乙酰丙酮銅、乙酰丙酮鎳、醇類、抗壞血酸和溴化鈉溶液混合后進行水熱反應，得到二維全解水納米碳纖材料。

作為優選，步驟1)所述靜電紡絲的電壓為15～17kV，距離為17～22cm。

作為優選，步驟2)所述煅燒處理為順次進行預氧化處理和炭化處理；