[发明专利]一种静电纺丝制备金属-氮分子/石墨烯/碳纳米纤维复合材料的方法及其应用

权利要求书

1.一种静电纺丝制备金属-氮分子/碳纳米纤维复合材料的方法，其特征在于：

将含有金属、氮元素的前驱体、高分子聚合物配成纺丝溶液进行静电纺丝，获得金属-氮分子/聚合物复合纳米纤维膜；然后将所得的复合纳米纤维膜依次进行预氧化、碳化处理，即得到金属-氮分子/碳纳米纤维复合材料。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1：将含有金属、氮元素的前驱体和高分子聚合物加入有机溶剂中，在室温下搅拌12h，形成均匀且有一定粘度的混合溶液；

步骤2：将步骤1获得的混合溶液转移到静电纺丝容器盒中，在30-50mm/min的扫速下进行纺丝，电压设定为20-30kV，空气湿度保持在30％RH左右，调整纺丝距离为15cm，得到金属-氮分子/聚合物纳米纤维膜；

步骤3：将步骤2所得金属-氮分子/聚合物复合纳米纤维膜在空气气氛下进行预氧化处理，高温煅烧后即可获得金属-氮分子/碳纳米纤维复合材料。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：

步骤1中，所述含有金属、氮元素的前驱体为血红素铁、酞菁铜、酞菁铁等含有M-N₄分子中心的物质；所述高分子聚合物为聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯醇缩丁基；所述含有金属、氮元素的前驱体和高分子聚合物以及有机溶剂的质量比为0.005-0.025:0.06-0.10:1。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：

步骤3中，预氧化处理时的氧化温度为180-300℃，预处理时间为1-3h；高温煅烧在高纯气体的气氛中进行，煅烧温度为800-1100℃，煅烧时间为1-2h。

5.一种权利要求1-4中任一项方法制备得到的金属-氮分子/碳纳米纤维复合材料的应用，其特征在于：将金属-氮分子/碳纳米纤维复合材料作为催化剂催化氧还原ORR和二氧化碳电还原CO₂RR反应。

6.一种静电纺丝制备金属-氮分子/石墨烯/碳纳米纤维复合材料的方法，其特征在于：

将含有金属、氮元素的前驱体、石墨烯、高分子聚合物配成纺丝溶液进行静电纺丝，获得金属-氮分子/石墨烯/聚合物复合纳米纤维膜；然后将所得的复合纳米纤维膜依次进行预氧化、碳化处理，即得到金属-氮分子/石墨烯/碳纳米纤维复合材料。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1：将含有金属、氮元素的前驱体、石墨烯和高分子聚合物加入有机溶剂中，在室温下搅拌12h，形成均匀且有一定粘度的混合溶液；

步骤2：将步骤1获得的混合溶液转移到静电纺丝容器盒中，在30-50mm/min的扫速下进行纺丝，电压设定为20-30kV，空气湿度保持在30％RH左右，调整纺丝距离为15cm，得到金属-氮分子/石墨烯/聚合物纳米纤维膜；

步骤3：将步骤2所得金属-氮分子/聚合物复合纳米纤维膜在空气气氛下进行预氧化处理，高温煅烧后即可获得金属-氮分子/石墨烯/碳纳米纤维复合材料。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：

步骤1中，所述含有金属、氮元素的前驱体为血红素铁、酞菁铜、酞菁铁等含有M-N₄分子中心的物质；所述高分子聚合物为聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯醇缩丁基；所述石墨烯、含有金属、氮元素的前驱体、高分子聚合物和有机溶剂的质量比为0.0005-0.005:0.005-0.025:0.06-0.11:1。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：

步骤3中，预氧化处理时的氧化温度为180-300℃，预处理时间为1-3h；高温煅烧在高纯气体的气氛中进行，煅烧温度为800-1100℃，煅烧时间为1-2h。

10.一种权利要求1-4中任一项方法制备得到的金属-氮分子/石墨烯/碳纳米纤维复合材料的应用，其特征在于：将金属-氮分子/石墨烯/碳纳米纤维复合材料，作为自支撑的催化剂，双功能电催化ORR、CO₂RR反应。