[發明專利]基于殼聚糖修飾纖維素氣凝膠的鐵鎳多酚網絡納米復合碳材料電催化劑及其制備方法

有效

• 申請號: 202110668163.7
• 申請日: 2021-06-16
• 公開（公告）號: CN113410473B
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發明（設計）人: 肖高;林依婷
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M4/86;H01M4/90
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 吳姍姍;蔡學俊

1.一種鐵鎳超分子網絡納米復合碳材料電催化劑的制備方法，其特征在于：以殼聚糖/納米纖維素復合氣凝膠為載體，利用過渡金屬鐵和鎳離子的摻雜，通過水浴振蕩制備出鐵鎳摻雜的具有超分子框架的CS/CNC@FeNi前驅體，最后高溫碳化得到鐵鎳超分子網絡框架納米復合碳材料電催化劑；

具體包括以下步驟：

（1）稱取棉花于三頸圓底燒瓶中，加入濃硫酸和去離子水A，在水浴鍋中勻速攪拌，然后使用去離子水B稀釋硫酸以終止水解反應，靜置后除去上清液；然后將下層懸濁液于高速離心機中離心，直至乳白色液體出現，依次收集乳白色液體，即得到納米纖維晶CNC溶液，將納米纖維晶CNC溶液裝入透析袋中透析至溶液變成中性后收集備用；

（2）取殼聚糖溶于1wt%醋酸溶液中，磁力攪拌；

（3）取步驟（1）透析后的納米纖維晶溶液和步驟（2）的殼聚糖溶液混合攪拌，靜置使其自動交聯凝膠化，然后倒入塑料模具中，隨后冷凍干燥以獲得CS/CNC氣凝膠；

（4）稱取單寧酸、 Fe(NO₃)₃·9H₂O、Ni(NO₃)₂·6H₂O分別溶于三份等體積去離子水中，再將三者溶液混合，得到單寧構建的金屬多酚網絡前驅體溶液；

（5）取步驟（3）制備的CS/CNC氣凝膠浸入步驟（4）的金屬多酚網絡前驅體溶液中，水浴振蕩，用乙醇多次洗滌，再將其冷凍干燥獲得CS/CNC@FeNi前驅體；

（6）將步驟（5）的前驅體在Ar氛圍下熱處理并退火得到鐵鎳超分子網絡框架納米復合材料電催化劑。

2. 根據權利要求1所述的鐵鎳超分子網絡納米復合碳材料電催化劑的制備方法，其特征在于：步驟（1）中所述棉花與濃硫酸、去離子水A的固液比為3:13:13 g/ml/ml，去離子水B的加入量為50mL;水浴溫度為45℃，攪拌時長為1.5h；步驟（1）中離心條件為10000rpm/min，10min/次。

3.根據權利要求1所述的鐵鎳超分子網絡納米復合碳材料電催化劑的制備方法，其特征在于：步驟（2）中所述殼聚糖與醋酸的固液比為1:50 g/ml；攪拌溫度為25℃，攪拌時長為4h。

4.根據權利要求1所述的鐵鎳超分子網絡納米復合碳材料電催化劑的制備方法，其特征在于：步驟（3）中所述步驟（1）透析后的納米纖維晶CNC溶液和步驟（2）的殼聚糖溶液的體積比為1:1；攪拌溫度為25℃，攪拌時長為2h，靜置時間為24h，冷凍干燥溫度為-78℃，干燥時長為48h。

5.根據權利要求1所述的鐵鎳超分子網絡納米復合碳材料電催化劑的制備方法，其特征在于：步驟（4）單寧酸的添加量為每10ml去離子水中添加1g單寧酸， Fe(NO₃)₃·9H₂O、Ni(NO₃)₂·6H₂O的摩爾比為1:5，其中具體添加量為：所述三份等體積去離子水總量中控制鐵鎳離子總濃度為2mmol/10mL。

6.根據權利要求1所述的鐵鎳超分子網絡納米復合碳材料電催化劑的制備方法，其特征在于：步驟（5）中CS/CNC氣凝膠與鐵鎳多酚前驅體溶液的固液比為0.2：30 g/mL；所述的水浴溫度為50℃，振蕩時長為2h，冷凍干燥溫度為-78℃，干燥時長為48h。

7.根據權利要求1所述的鐵鎳超分子網絡納米復合碳材料電催化劑的制備方法，其特征在于：步驟（6）所述的熱處理和退火具體為：以5℃/min的升溫速度升溫至320℃，保持3h，再以5℃/min的升溫速升溫至950℃，保持1.5h后自然冷卻至室溫。

8.一種如權利要求1-7任一項所述的制備方法制得的鐵鎳超分子網絡框架納米復合碳材料電催化劑。

9.一種如權利要求1-7任一項所述的制備方法制得的鐵鎳超分子網絡框架納米復合碳材料電催化劑在質子膜燃料電池上的應用。