CN114351182A - 生物质基氮掺杂石墨烯/纳米碳纤维轴向复合材料负载单原子铁的制备及产品和应用 - Google Patents

生物质基氮掺杂石墨烯/纳米碳纤维轴向复合材料负载单原子铁的制备及产品和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN114351182A
CN114351182A CN202111588109.8A CN202111588109A CN114351182A CN 114351182 A CN114351182 A CN 114351182A CN 202111588109 A CN202111588109 A CN 202111588109A CN 114351182 A CN114351182 A CN 114351182A
Authority
CN
China
Prior art keywords
bacterial cellulose
iron
doped graphene
nitrogen
urea
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202111588109.8A
Other languages
English (en)
Inventor
崔大祥
王敬锋
肖龙飞
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai National Engineering Research Center for Nanotechnology Co Ltd
Original Assignee
Shanghai National Engineering Research Center for Nanotechnology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai National Engineering Research Center for Nanotechnology Co Ltd filed Critical Shanghai National Engineering Research Center for Nanotechnology Co Ltd
Priority to CN202111588109.8A priority Critical patent/CN114351182A/zh
Priority to PCT/CN2021/143577 priority patent/WO2023115637A1/zh
Publication of CN114351182A publication Critical patent/CN114351182A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/02—Hydrogen or oxygen
    • C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
    • C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
    • C25B11/051—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
    • C25B11/073—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material
    • C25B11/091—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material consisting of at least one catalytic element and at least one catalytic compound; consisting of two or more catalytic elements or catalytic compounds

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

本发明公开了一种生物质基氮掺杂石墨烯/纳米碳纤维轴向复合材料负载单原子铁的制备方法及其产品和应用，首先通过沉淀法将含铁化合物吸附在生物质基细菌纤维素的表面，接着在保护性气体下于高温下进行煅烧。尿素在此过程会热缩聚为氮化碳后再继续转化为氮掺杂石墨烯，铁盐‑细菌纤维素链状高分子则会碳化为单原子铁‑纳米碳纤维材料，最终通过对尿素和铁盐‑细菌纤维素混合物的高温热解可以获得以纳米碳纤维为脉络、层状氮掺杂石墨烯包覆其上，同时负载铁单原子的高度复合的纳米异质结材料。由于金属粒子与氮原子的协同作用，导致了该复合材料中存在的Mott‑Schottky效应增强，因而可提高氮掺杂的复合碳材料在氢析出反应（HER）上的电催化效果。

Description

生物质基氮掺杂石墨烯/纳米碳纤维轴向复合材料负载单原 子铁的制备及产品和应用
技术领域
本发明属于纳米金属-半导体复合材料制备领域，具体涉及一种生物质基氮掺杂石墨烯/纳米碳纤维轴向复合材料负载单原子铁的制备方法及其产品和应用。
背景技术
氢气兼具了高能量密度优势和环境友好优势，是符合人类社会发展要求的重要清洁能源之一，有着十分广泛的应用前景。在以氢气作为能源载体并最终发挥其功效的一系列环节，如制氢、储氢及氢能量释放等环节中，制氢无疑是一个关键。目前工业制氢的主要方式是各种矿物燃料制氢，但是该过程会对环境造成污染。长远来看，因水解制氢的反应物与氢气释放能量后的产物一致，两个反应正好形成闭环，故水解制氢是最为环保且可循环的制氢方式。而在电催化水解制氢效果上最好的催化剂为贵金属Pt基催化剂，但丰度低，价格贵的因素亦制约了其广泛应用，所以寻找资源丰富、催化性能优异且持久的非贵金属催化剂是未来氢能源开发利用的关键。
近年来，石墨烯因其高的比表面积、优异的电性能、丰富的活性位点和不俗的稳定性而成为光电催化化学应用中的重点研究对象。除这些优点外，人们通过对石墨烯材料的改性以调变电子结构，可以增强其对催化反应物的选择性、催化性能或是兼而有之，而形貌调控和杂原子掺杂等改性方法就是目前应用最为广泛的调节石墨烯性能的手段。杂原子掺杂的改性方法常用的掺杂原子有诸如N、P等之类的非金属元素，也有Pt、Au、Fe、Co等金属元素。其中，氮掺杂石墨烯甚至可以通过调整氮元素的掺杂比例而实现其p型和n型半导体的转变，有着亮眼的研究前景，故深受研究人员的青睐。
以往的研究表明，虽然氮掺杂石墨烯是性能优异的氧还原反应（ORR）和氧析出反应（OER）电极电催化材料，但是氮原子单一掺杂的石墨烯在氢析出反应（HER）上的表现却是平平。对此，改进的策略之一是引入金属原子，从而构建多原子掺杂的石墨烯催化剂，且为了减少贵金属元素的使用，多采用过渡金属元素作为替代的掺杂元素。Fe元素属于活性良好且成本相对较低的金属元素，目前没有关于氮掺杂石墨烯/纳米碳纤维轴向复合材料负载单原子铁应用于水解制氢的报道。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明目的在于提供一种生物质基氮掺杂石墨烯/纳米碳纤维轴向复合材料负载单原子铁的制备方法。
本发明的再一目的在于：提供上述方法制备的生物质基氮掺杂石墨烯/纳米碳纤维轴向复合材料负载单原子铁产品。
本发明的又一目的在于：提供上述产品的应用。
本发明目的通过以下方案实现：一种生物质基氮掺杂石墨烯/纳米碳纤维轴向复合材料负载单原子铁的制备方法，先通过沉淀法将含铁化合物吸附在生物质基细菌纤维素的表面；接着引入尿素，将尿素和铁盐改性的细菌纤维素混合物一起高温热解得到以纳米碳纤维为脉络，层片状氮掺杂石墨烯包覆其上，同时负载单原子的铁的高度复合材料，包括以下步骤：
a、铁盐-细菌纤维素的制备：用去离子水反复冲洗一定质量的细菌纤维素薄膜，之后将清洗干净的细菌纤维素薄膜完全浸入0.1mol/L的铁盐溶液中，同时，投入尿素，使细菌纤维素与尿素质量比为1:1~1:40之间，搅拌24小时，使尿素完全溶解且溶液完全浸没细菌纤维素，得到铁金属纳米粒子负载的铁盐-细菌纤维素链状高分子化合物；
b、负载单原子铁的氮掺杂石墨烯/纳米碳纤维轴向纳米复合材料的制备：将步骤a中得到的铁盐-细菌纤维素链状高分子化合物进行冷冻干燥，便得到细菌纤维素与白色絮状尿素的气凝胶；将所得气凝胶置于管式炉中，加热至不低于800℃高温并保温1小时，自然冷却至室温，全程通N2气保护，得到黑色的碳气凝胶，即为负载单原子铁的氮掺杂石墨烯/纳米碳纤维轴向复合纳米材料。
本发明提出了一种单原子铁/氮掺杂石墨烯与纳米碳纤维轴向复合材料的制备方法，首先通过沉淀法将含铁化合物吸附在生物质基细菌纤维素的表面；接着引入尿素，将尿素和铁盐改性的细菌纤维素混合物一起高温热解便获得了以纳米碳纤维为脉络，层片状氮掺杂石墨烯包覆其上，同时负载单原子的铁的高度复合材料。
步骤a中，所述的铁金属纳米粒子负载的过程中所用的铁盐为氯化铁（或其水合物）、硝酸铁（或其水合物）原料中的一种。
步骤a中，铁盐-细菌纤维素的制备过程中所用的细菌纤维素与尿素质量比以1:20为优选，所形成的尿素溶液浓度不做要求，但需保证尿素完全溶解且溶液能完全浸没细菌纤维素。
所述的管式炉保温温度控制在800℃以上，以900~1000℃区间范围为优选。
所述的管式炉加热速率为3~10℃/min，以5℃/min为优选。
本发明提供一种生物质基氮掺杂石墨烯/纳米碳纤维轴向复合材料负载单原子铁的纳米材料，根据上述任一所述方法制备得到的，所述的轴向复合材料中石墨烯沿碳纤维两侧生长，形成同轴复合结构。
本发明提供一种铁/氮掺杂石墨烯与纳米碳纤维复合材料作为电催化水解制氢的催化剂材料的应用。通过金属粒子Fe与氮原子N的Mott-Schottky协同作用，增强了氮掺杂石墨烯复合材料在氢析出反应（HER）上的电催化效果。
本发明原理是：首先通过沉淀法将含铁化合物吸附在生物质基细菌纤维素的表面，接着在保护性气体下于高温煅烧；尿素在此过程会热缩聚为氮化碳后再继续转化为氮掺杂石墨烯，铁盐-细菌纤维素链状高分子则会碳化为单原子铁-纳米碳纤维材料，最终通过对尿素和铁盐-细菌纤维素混合物的高温热解可以获得以纳米碳纤维为脉络、层状氮掺杂石墨烯包覆其上，同时负载铁单原子的高度复合的纳米异质结材料。由于金属粒子与氮原子的协同作用，导致了该复合材料中存在的Mott-Schottky效应增强，因而可提高氮掺杂的复合碳材料在氢析出反应（HER）上的电催化效果。
本发明通过沉淀法将含铁化合物吸附在生物质基细菌纤维素的表面，基于尿素热缩聚为氮化碳后再度升温热解可生成氮掺杂石墨烯，铁盐-细菌纤维素链状高分子经煅烧会碳化为单原子铁-纳米碳纤维材料，通过对尿素和铁盐-细菌纤维素混合物的高温热解便获得以纳米碳纤维为脉络、层片状氮掺杂石墨烯包覆其上，同时负载单原子的铁的高度复合材料。通过金属粒子Fe与氮原子N的Mott-Schottky协同作用，增强了复合碳材料在氢析出反应（HER）上的电催化效果。
附图说明
图1为本发明实施例1合成的铁/氮掺杂石墨烯/纳米碳纤维轴向复合材料的透射电镜（TEM）谱图；
图2为本发明实施例2合成的铁/氮掺杂石墨烯/纳米碳纤维轴向复合材料催化氢析出反应的极化曲线。
具体实施方式
本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
一种生物质基氮掺杂石墨烯/纳米碳纤维轴向复合材料负载单原子铁，先通过沉淀法将含铁化合物吸附在生物质基细菌纤维素的表面；接着引入尿素，将尿素和铁盐改性的细菌纤维素混合物一起高温热解得到以纳米碳纤维为脉络，层片状氮掺杂石墨烯包覆其上，同时负载单原子的铁的高度复合材料， 按以下步骤制备：
a、铁盐-细菌纤维素的制备：用去离子水反复冲洗0.5 g的细菌纤维素薄膜，之后将清洗干净的细菌纤维素薄膜完全浸入300 ml浓度为0.1mol/L的硝酸铁溶液中，同时向该溶液中投入4.0 g尿素并充分搅拌，使尿素完全溶解且溶液完全浸没细菌纤维素，得到铁金属纳米粒子负载的铁盐-细菌纤维素链状高分子化合物；
b、负载单原子铁的氮掺杂石墨烯/纳米碳纤维轴向纳米复合材料的制备：将步骤a中得到的铁盐-细菌纤维素链状高分子化合物置于冰箱中完全冷冻成固体，接着对冻结后的样品置于冷冻干燥机中进行冷冻干燥，得到细菌纤维素与白色絮状尿素的气凝胶；最后，将所得白色气凝胶置于管式炉中，以5℃/min的速率缓慢加热至900℃并保温1小时，自然冷却至室温，全程通高纯N2气保护，得到黑色的碳气凝胶，即为负载单原子铁的氮掺杂石墨烯/纳米碳纤维轴向复合纳米材料。
经测定，该条件下得到的是负载量为4.7wt%铁单原子的氮掺杂石墨烯/纳米碳纤维轴向复合纳米材料。
图1为本实施例方法合成的铁/氮掺杂石墨烯/纳米碳纤维轴向复合材料的透射电镜（TEM）谱图，由图可见，所负载的铁纳米粒子呈现单颗粒状，氮掺杂的石墨烯厚度一般为0.34~13 nm，碳纳米线粗细为1~500 nm。
称取200 mg的所得产品负载单原子铁的氮掺杂石墨烯/纳米碳纤维轴向纳米复合材料作为工作电极，用乙醇洗涤干净，电极夹固定；参比电极为Ag/AgCl电极；对电极为旋转圆盘铂电极。
图2为本发明实施例合成的铁/氮掺杂石墨烯/纳米碳纤维轴向复合催化剂氢析出反应的极化曲线。电压扫描速度范围为5~25 mV/s，在不同的扫描速率下，该催化剂具有较高的催化制氢效率，并且呈现出较好的析氢倍率。
实施例2
一种生物质基氮掺杂石墨烯/纳米碳纤维轴向复合材料负载单原子铁，与实施例步骤近似，按以下步骤制备：
a、铁盐-细菌纤维素的制备：用去离子水反复冲洗0.5 g的细菌纤维素薄膜，之后将清洗干净的细菌纤维素薄膜完全浸入300 ml浓度为0.1mol/L的三氯化铁溶液中，同时向该溶液中投入4.0 g尿素并充分搅拌，使尿素完全溶解且溶液完全浸没细菌纤维素，待浸入完全后取出细菌纤维素薄膜，即为铁盐-细菌纤维素链状高分子化合物；
b、负载单原子铁的氮掺杂石墨烯/纳米碳纤维轴向纳米复合材料的制备：将步骤a中得到的铁盐-细菌纤维素链状高分子化合物置于冰箱中完全冷冻成固体，接着对冻结后的样品置于冷冻干燥机中进行冷冻干燥，得到细菌纤维素与白色絮状尿素的气凝胶；最后，将所得白色气凝胶置于管式炉中，以5℃/min的速率缓慢加热至950℃并保温1小时，自然冷却至室温，全程通高纯N2气保护，得到黑色的碳气凝胶，即为负载单原子铁的氮掺杂石墨烯/纳米碳纤维轴向复合纳米材料。
经测定，该条件下得到的是负载量为6.3wt%铁单原子的氮掺杂石墨烯/纳米碳纤维轴向复合纳米材料。
实施例3
一种生物质基氮掺杂石墨烯/纳米碳纤维轴向复合材料负载单原子铁，与实施例步骤近似，按以下步骤制备：
a、铁盐-细菌纤维素的制备：用去离子水反复冲洗0.5 g的细菌纤维素薄膜，之后将清洗干净的细菌纤维素薄膜完全浸入300 ml浓度为0.1mol/L的硝酸铁溶液中，同时向该溶液中投入4.0 g尿素并充分搅拌，使尿素完全溶解且溶液完全浸没细菌纤维素，待浸入完全后取出细菌纤维素薄膜，即为铁盐-细菌纤维素链状高分子化合物；
b、负载单原子铁的氮掺杂石墨烯/纳米碳纤维轴向纳米复合材料的制备：将步骤a中得到的铁盐-细菌纤维素链状高分子化合物置于冰箱中完全冷冻成固体，接着对冻结后的样品置于冷冻干燥机中进行冷冻干燥，得到细菌纤维素与白色絮状尿素的气凝胶；最后，将所得白色气凝胶置于管式炉中，以5℃/min的速率缓慢加热至1000℃并保温1小时，自然冷却至室温，全程通高纯N2气保护，得到黑色的碳气凝胶，即为负载单原子铁的氮掺杂石墨烯/纳米碳纤维轴向复合纳米材料。
经测定，该条件下得到的是负载量为8.1wt%铁单原子的氮掺杂石墨烯/纳米碳纤维轴向复合纳米材料。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种生物质基氮掺杂石墨烯/纳米碳纤维轴向复合材料负载单原子铁的制备方法，先通过沉淀法将含铁化合物吸附在生物质基细菌纤维素的表面；接着引入尿素，将尿素和铁盐改性的细菌纤维素混合物一起高温热解得到以纳米碳纤维为脉络，层片状氮掺杂石墨烯包覆其上，同时负载单原子的铁的高度复合材料， 其特征在于，包括以下步骤：
a、铁盐-细菌纤维素的制备：用去离子水反复冲洗一定质量的细菌纤维素薄膜，之后将清洗干净的细菌纤维素薄膜完全浸入0.1mol/L的铁盐溶液中，同时，投入尿素，使细菌纤维素与尿素质量比为1:1~1:40之间，充分搅拌，使尿素完全溶解且溶液完全浸没细菌纤维素，得到铁金属纳米粒子负载的铁盐-细菌纤维素链状高分子化合物；
b、负载单原子铁的氮掺杂石墨烯/纳米碳纤维轴向纳米复合材料的制备：将步骤a中得到的铁盐-细菌纤维素链状高分子化合物进行冷冻干燥，便得到细菌纤维素与白色絮状尿素的气凝胶；将所得气凝胶置于管式炉中，加热至不低于800℃高温并保温1小时，自然冷却至室温，全程通N2气保护，得到黑色的碳气凝胶，即为负载单原子铁的氮掺杂石墨烯/纳米碳纤维轴向复合纳米材料。
2.根据权利要求1所述的一种生物质基氮掺杂石墨烯/纳米碳纤维轴向复合材料负载单原子铁的制备方法，其特征在于，步骤a中，所用的铁盐为氯化铁或其水合物、硝酸铁或其水合物中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种生物质基氮掺杂石墨烯/纳米碳纤维轴向复合材料负载单原子铁的制备方法，其特征在于，步骤a中，铁盐-细菌纤维素的制备过程中所用的细菌纤维素与尿素质量比为1:20。
4.根据权利要求1所述的一种生物质基氮掺杂石墨烯/纳米碳纤维轴向复合材料负载单原子铁的制备方法，其特征在于，所述的管式炉保温温度控制在900~1000 ℃区间范围。
5.根据权利要求1所述的一种生物质基氮掺杂石墨烯/纳米碳纤维轴向复合材料负载单原子铁的制备方法，其特征在于，所述的管式炉加热速率为3~10℃/min。
6.根据权利要求1至5任一项所述的一种生物质基氮掺杂石墨烯/纳米碳纤维轴向复合材料负载单原子铁的制备方法，其特征在于，按以下步骤制备：
a、铁盐-细菌纤维素的制备：用去离子水反复冲洗0.5 g的细菌纤维素薄膜，之后将清洗干净的细菌纤维素薄膜完全浸入300 ml浓度为0.1mol/L的硝酸铁溶液中，同时向该溶液中投入4.0 g尿素并充分搅拌，使尿素完全溶解且溶液完全浸没细菌纤维素，得到铁金属纳米粒子负载的铁盐-细菌纤维素链状高分子化合物；
b、负载单原子铁的氮掺杂石墨烯/纳米碳纤维轴向纳米复合材料的制备：将步骤a中得到的铁盐-细菌纤维素链状高分子化合物置于冰箱中完全冷冻成固体，接着对冻结后的样品置于冷冻干燥机中进行冷冻干燥，得到细菌纤维素与白色絮状尿素的气凝胶；最后，将所得白色气凝胶置于管式炉中，以5℃/min的速率缓慢加热至900℃并保温1小时，自然冷却至室温，全程通高纯N2气保护，得到黑色的碳气凝胶，即为负载单原子铁的氮掺杂石墨烯/纳米碳纤维轴向复合纳米材料。
7.根据权利要求1至5任一项所述的一种生物质基氮掺杂石墨烯/纳米碳纤维轴向复合材料负载单原子铁的制备方法，其特征在于，按以下步骤制备：
a、铁盐-细菌纤维素的制备：用去离子水反复冲洗0.5 g的细菌纤维素薄膜，之后将清洗干净的细菌纤维素薄膜完全浸入300 ml浓度为0.1mol/L的三氯化铁溶液中，同时向该溶液中投入4.0 g尿素并充分搅拌，使尿素完全溶解且溶液完全浸没细菌纤维素，待浸入完全后取出细菌纤维素薄膜，即为铁盐-细菌纤维素链状高分子化合物；
b、负载单原子铁的氮掺杂石墨烯/纳米碳纤维轴向纳米复合材料的制备：将步骤a中得到的铁盐-细菌纤维素链状高分子化合物置于冰箱中完全冷冻成固体，接着对冻结后的样品置于冷冻干燥机中进行冷冻干燥，得到细菌纤维素与白色絮状尿素的气凝胶；最后，将所得白色气凝胶置于管式炉中，以5℃/min的速率缓慢加热至950℃并保温1小时，自然冷却至室温，全程通高纯N2气保护，得到黑色的碳气凝胶，即为负载单原子铁的氮掺杂石墨烯/纳米碳纤维轴向复合纳米材料。
8.根据权利要求1至5任一项所述的一种生物质基氮掺杂石墨烯/纳米碳纤维轴向复合材料负载单原子铁的制备方法，其特征在于，按以下步骤制备：
a、铁盐-细菌纤维素的制备：用去离子水反复冲洗0.5 g的细菌纤维素薄膜，之后将清洗干净的细菌纤维素薄膜完全浸入300 ml浓度为0.1mol/L的硝酸铁溶液中，同时向该溶液中投入4.0 g尿素并充分搅拌，使尿素完全溶解且溶液完全浸没细菌纤维素，待浸入完全后取出细菌纤维素薄膜，即为铁盐-细菌纤维素链状高分子化合物；
b、负载单原子铁的氮掺杂石墨烯/纳米碳纤维轴向纳米复合材料的制备：将步骤a中得到的铁盐-细菌纤维素链状高分子化合物置于冰箱中完全冷冻成固体，接着对冻结后的样品置于冷冻干燥机中进行冷冻干燥，得到细菌纤维素与白色絮状尿素的气凝胶；最后，将所得白色气凝胶置于管式炉中，以5℃/min的速率缓慢加热至1000℃并保温1小时，自然冷却至室温，全程通高纯N2气保护，得到黑色的碳气凝胶，即为负载单原子铁的氮掺杂石墨烯/纳米碳纤维轴向复合纳米材料。。
9.一种生物质基氮掺杂石墨烯/纳米碳纤维轴向复合材料负载单原子铁，其特征在于根据权利要求1-8任一所述方法制备得到的，所述的轴向复合材料中石墨烯沿碳纤维两侧生长，形成同轴复合结构。
10.一种根据权利要求7所述生物质基氮掺杂石墨烯/纳米碳纤维轴向复合材料负载单原子铁作为电催化水解制氢的催化剂材料的应用。
CN202111588109.8A 2021-12-23 2021-12-23 生物质基氮掺杂石墨烯/纳米碳纤维轴向复合材料负载单原子铁的制备及产品和应用 Pending CN114351182A (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111588109.8A CN114351182A (zh) 2021-12-23 2021-12-23 生物质基氮掺杂石墨烯/纳米碳纤维轴向复合材料负载单原子铁的制备及产品和应用
PCT/CN2021/143577 WO2023115637A1 (zh) 2021-12-23 2021-12-31 生物质基氮掺杂石墨烯/纳米碳纤维轴向复合材料负载单原子铁的制备及产品和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111588109.8A CN114351182A (zh) 2021-12-23 2021-12-23 生物质基氮掺杂石墨烯/纳米碳纤维轴向复合材料负载单原子铁的制备及产品和应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114351182A true CN114351182A (zh) 2022-04-15

Family

ID=81100494

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111588109.8A Pending CN114351182A (zh) 2021-12-23 2021-12-23 生物质基氮掺杂石墨烯/纳米碳纤维轴向复合材料负载单原子铁的制备及产品和应用

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN114351182A (zh)
WO (1) WO2023115637A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115522212A (zh) * 2022-08-17 2022-12-27 湖南理工学院 一种用于生物电化学级联催化析氢反应的生物质基多孔炭材料及其制备方法和应用

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114351182A (zh) * 2021-12-23 2022-04-15 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 生物质基氮掺杂石墨烯/纳米碳纤维轴向复合材料负载单原子铁的制备及产品和应用

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014012600A1 (en) * 2012-07-16 2014-01-23 Basf Se Graphene containing nitrogen and optionally iron and/or cobalt
CN106702423A (zh) * 2016-11-23 2017-05-24 广东轻工职业技术学院 一种二硫化铁/氮掺杂石墨烯纳米复合材料及制备和应用
CN110624592A (zh) * 2019-09-29 2019-12-31 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 单原子金属-氮掺杂石墨烯聚集体的合成方法及其产品和应用
CN112156801A (zh) * 2020-09-27 2021-01-01 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 氮掺杂轴向碳纤维/石墨烯负载钴的纳米电催化剂的制备方法及产品和应用
CN112695342A (zh) * 2020-12-28 2021-04-23 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 钴/氮掺杂石墨烯与纳米碳纤维复合材料的制备方法及其产品和应用
WO2023115637A1 (zh) * 2021-12-23 2023-06-29 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 生物质基氮掺杂石墨烯/纳米碳纤维轴向复合材料负载单原子铁的制备及产品和应用

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103949237B (zh) * 2014-05-12 2016-02-10 上海交通大学 一种碳纤维与石墨烯轴向复合纳米材料的制备方法
CN106299385B (zh) * 2016-08-26 2019-04-12 南京理工大学 氮掺杂碳化细菌纤维素负载纳米铂电极材料及其制备方法
KR102013907B1 (ko) * 2018-01-02 2019-08-23 광주과학기술원 질소-철을 함유한 0차원 및 1차원 그래핀 구조복합체 촉매의 제조방법 및 연료전지로의 적용
CN110639576A (zh) * 2018-06-26 2020-01-03 南京理工大学 碳化细菌纤维素/氮化碳复合材料及其制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014012600A1 (en) * 2012-07-16 2014-01-23 Basf Se Graphene containing nitrogen and optionally iron and/or cobalt
CN106702423A (zh) * 2016-11-23 2017-05-24 广东轻工职业技术学院 一种二硫化铁/氮掺杂石墨烯纳米复合材料及制备和应用
CN110624592A (zh) * 2019-09-29 2019-12-31 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 单原子金属-氮掺杂石墨烯聚集体的合成方法及其产品和应用
CN112156801A (zh) * 2020-09-27 2021-01-01 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 氮掺杂轴向碳纤维/石墨烯负载钴的纳米电催化剂的制备方法及产品和应用
CN112695342A (zh) * 2020-12-28 2021-04-23 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 钴/氮掺杂石墨烯与纳米碳纤维复合材料的制备方法及其产品和应用
WO2023115637A1 (zh) * 2021-12-23 2023-06-29 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 生物质基氮掺杂石墨烯/纳米碳纤维轴向复合材料负载单原子铁的制备及产品和应用

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115522212A (zh) * 2022-08-17 2022-12-27 湖南理工学院 一种用于生物电化学级联催化析氢反应的生物质基多孔炭材料及其制备方法和应用

Also Published As

Publication number Publication date
WO2023115637A1 (zh) 2023-06-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106159287B (zh) 一种复合型燃料电池阴极催化剂NGPC/NCNTs及其制备方法
CN102974283B (zh) 介孔状石墨型氮化碳/氮掺杂石墨烯溶胶纳米复合材料及其制备方法
CN109248703B (zh) 一种负载Ni3Fe的氮掺杂碳纳米复合材料的制备方法及其所得材料和应用
CN110124713B (zh) 一种氮掺杂碳纳米纤维负载空心结构Co3O4/CeO2纳米粒子材料的制备方法和应用
CN107747106B (zh) 氮、硫掺杂的三维碳纳米网络负载二硫化钼纳米材料及制备
CN114351182A (zh) 生物质基氮掺杂石墨烯/纳米碳纤维轴向复合材料负载单原子铁的制备及产品和应用
CN110876954A (zh) 一种泡沫状MXene/C3N4/金属复合电催化剂及其制备方法
CN110860303B (zh) 一种金属和金属碳化物增强的过渡金属-氮活性位碳基电催化剂制备方法及应用
CN108649237B (zh) 一种基于凝胶热解的钴-氮掺杂碳复合材料及其制备方法和应用
CN111672521A (zh) 一种过渡金属单原子材料及其制备方法和应用
CN112751048A (zh) 一种含铁自负载氮掺杂碳纳米管氧还原催化剂、制备方法及应用
CN112495408A (zh) 一种电催化析氢纳米材料的制备方法
CN113881965B (zh) 一种以生物质碳源为模板负载金属纳米颗粒催化剂及其制备方法和应用
CN114713255A (zh) 一种高氮含量非贵金属单原子催化剂及其制备方法、应用
CN111659439A (zh) 一种负载NiS/NiO异质结的氮掺杂碳纳米复合材料及其制备方法和用途
Gu et al. Infrared-assisted synthesis of highly amidized graphene quantum dots as metal-free electrochemical catalysts
CN111740123B (zh) 一种以废弃动物血为原料制备高载量铁单原子催化剂的方法
CN112695342A (zh) 钴/氮掺杂石墨烯与纳米碳纤维复合材料的制备方法及其产品和应用
CN111974436B (zh) 一种石墨相氮化碳及其制备方法、以及光催化水产氢的方法
TWI398034B (zh) 一種觸媒組成物、其製備方法、以及含其之燃料電池
CN111569900A (zh) 一种含Pt的双金属纳米簇原位负载在碳材料上的双功能催化剂、制备方法及其应用
CN110038611B (zh) 一种氮掺杂石墨烯限域的Pt纳米复合材料及其制备方法和应用
Wang et al. Fe and N co-doped graphene coated nanodiamond/Fe3C as highly active and stable catalyst for oxygen reduction reaction
CN114293203B (zh) 氮磷共掺杂石墨烯/磷化钴纳米片阵列催化剂的制备方法
CN102856562A (zh) 一种燃料电池用碳纳米管掺杂炭凝胶催化剂及其应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination