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专利号: 202110140526X
申请人: 山东科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-27
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种金属‑氮共掺杂的碳纳米纤维材料的制备方法,其特征在于,包括:

1)将特定金属的盐酸盐、硝酸盐或乙酰丙酮盐溶于甲酰胺得到有机溶液,将所述有机溶液加热反应制备得前驱体;所述的特定金属选自锰、铁、钴、镍、铜、锌、锡、铋、钼或钨中的一种,或者以任意比例混合的两种或多种;

2)将所述前驱体分散于聚丙烯腈的强极性非质子有机溶剂中,通过静电纺丝技术得到碳纳米纤维初产物;

3)将所述碳纳米纤维初产物依次进行预氧化和碳化处理,得到金属‑氮共掺杂的碳纳米纤维。

2.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤1)中,所述金属的盐在甲酰胺中的浓度为0.01‑1.0mol/L。

3.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤1)中,所述有机溶液在150‑200℃下反应6‑48h,反应后通过固液分离,得到金属/氮掺杂碳材料前驱体。

4.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤2)中所述前驱体与聚丙烯腈的质量比为1~5:10。

5.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤2)中,固体化合物与强极性溶剂质量比为1~2:10;所述固体化合物由所述前驱体和聚丙烯腈组成。

6.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤2)中,所述强极性有机溶剂选自N,N‑二甲基甲酰胺、N,N‑二甲基乙酰胺和氮甲基吡咯烷酮中的一种。

7.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤2)中静电纺丝时纺丝电压为

10‑22kV,接收装置到针头的距离为10‑20cm,出料流速为0.01‑0.10mL/min,温度为20‑40℃。

8.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤3)中预氧化温度为200‑300℃,时间为0.5‑3h;所述碳化温度为500‑1000℃,时间为0.5‑2h。

9.如权利要求1‑8中任一项所述的制备方法制备得到的金属‑氮共掺杂的碳纳米纤维材料;优选地,所述碳纳米纤维材料中氮的质量分数为4.0‑20.0wt.%,所述金属元素的质量分数为0.1‑10.0wt.%。

10.如权利要求9所述的碳纳米纤维材料在制备电化学催化材料、储能装备中的应用;

优选地,所述电化学催化材料包括催化二氧化碳还原反应、水分解制氢的催化材料;所述储能装置选自铝/锌空气电池、燃料电池或锂硫电池中的一种。