CN114875525A - 一种基于MOFs衍生的金属/碳纳米复合纤维及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于纳米纤维材料技术领域，公开了一种基于MOFs衍生的金属/碳纳米复合纤维及其制备方法和应用。本发明将有机配体、金属盐、聚合物、溶剂混合，顺次在加热条件下和室温下进行反应，得到含有MOFs结构单元的纺丝液前驱体，通过静电纺丝、高温碳化，得到MOFs衍生金属/碳纳米复合纤维。本发明将MOFs结构的制备与纺丝液前驱体的制备同步进行，通过一步法制备了含有MOFs结构单元的纺丝液前驱体，简化了制备工艺。而且，经过高温碳化得到的复合纤维中金属颗粒的粒径可控，在碳纳米纤维中分布均匀，该复合纤维在催化、电化学、吸附、光热转化或电磁波吸收与屏蔽领域具有广阔的应用前景，适合工业化大规模生产。
Description
技术领域
本发明涉及纳米纤维材料技术领域，尤其涉及一种基于MOFs衍生的金属/碳纳米复合纤维及其制备方法和应用。
背景技术
碳纳米纤维材料具有优异的物理化学性能，如较高的导电性、优异的力学性能、高的比表面积等性能，被广泛用于电催化材料以及柔性器件等领域，同时，将金属粒子与碳纳米纤维复合可进一步提高复合纤维的性能。目前，制备金属/碳纳米纤维复合材料通常采用静电纺丝结合高温碳化技术，然而，在研究过程中发现金属在碳热还原中的形核、生长无法有效控制，导致在碳热还原过程中，金属颗粒在碳纳米纤维中粒径差别大及分散不均匀，影响复合纤维的整体性能。
为解决这一问题，研究人员利用空间限域效应来阻碍金属原子的扩散与生长，例如，利用构筑金属-MOFs结构来实现金属颗粒的细化与均匀分布(如专利CN 111987326A、CN109304476A)，然而在制备金属-MOFs的溶液体系中加入聚合物后，会影响MOFs结构单元的形成。因此，研究人员先通过溶剂热、水热反应或者回流法制备MOFs结构，再将其加入到纺丝液前驱体中进行静电纺丝及高温碳化(如专利CN 108521754A、CN 107216854A)，但该方法工艺流程复杂，对金属颗粒的细化效果也并不理想。
因此，如何提供一种制备工艺简单、实现金属/碳纳米复合纤维中金属颗粒可控生长且在碳纳米纤维中均匀分散的金属/碳纳米复合纤维，具有广阔的应用前景和重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于MOFs衍生的金属/碳纳米复合纤维及其制备方法和应用，解决现有技术提供的复合纤维材料存在的上述问题。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种基于MOFs衍生的金属/碳纳米复合纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)将有机配体、金属盐、聚合物、溶剂混合，顺次在加热条件下和室温下进行反应，得到纺丝液前驱体；
(2)将纺丝液前驱体进行静电纺丝，得到复合纤维膜；
(3)将复合纤维膜进行碳化，得到基于MOFs衍生的金属/碳纳米复合纤维。
优选的，在上述一种基于MOFs衍生的金属/碳纳米复合纤维的制备方法中，所述步骤(1)中有机配体包括对苯二甲酸、均苯三甲酸、氨基对苯二甲酸、2,5-二羟基对苯二甲酸、柠檬酸、顺丁烯二酸、苹果酸、EDTA和吡啶二羧酸中的一种或多种；聚合物包括聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯、聚氯乙烯和聚酰胺中的一种或多种；金属盐包括铁盐、镍盐、钴盐、锌盐和铜盐中的一种或多种；溶剂包括N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二乙基甲酰胺、甲醇和乙醇中的一种或多种。
优选的，在上述一种基于MOFs衍生的金属/碳纳米复合纤维的制备方法中，所述步骤(1)中有机配体、金属盐、聚合物、溶剂的质量体积比为1～18g：13～30g：25～45g：300～400mL。
优选的，在上述一种基于MOFs衍生的金属/碳纳米复合纤维的制备方法中，所述步骤(1)中在加热条件下反应的温度为55～63℃，时间为1～3h。
优选的，在上述一种基于MOFs衍生的金属/碳纳米复合纤维的制备方法中，所述步骤(1)中在室温下反应的时间为13～20h。
优选的，在上述一种基于MOFs衍生的金属/碳纳米复合纤维的制备方法中，所述步骤(2)中静电纺丝的条件为：注射泵推进速率为0.2～0.9mL/h；电压为12～18kV；针头为22#纺丝喷针；针头和接收板的距离为15～20cm。
优选的，在上述一种基于MOFs衍生的金属/碳纳米复合纤维的制备方法中，所述步骤(3)中碳化为两段碳化；第一段碳化的温度为300～340℃，时间为1～2h，升温速率为2～5℃/min；第二段碳化的温度为550～1200℃，时间为1～2h，升温速率为2～5℃/min。
本发明还提供了上述制备方法制得的一种基于MOFs衍生的金属/碳纳米复合纤维。
本发明还提供了一种基于MOFs衍生的金属/碳纳米复合纤维在催化剂、电化学材料、吸附材料、光热转化材料、吸波材料或屏蔽材料中的应用。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明将MOFs结构的制备与纺丝液前驱体的制备同步进行，通过一步法制备了含有MOFs结构的纺丝液前驱体，省去了MOFs结构需先用溶剂热、水热或回流法等制备流程，简化了制备工艺。而且，经过高温碳化得到的复合纤维材料中金属颗粒的粒径可控，在碳纳米纤维中分布均匀，该复合纤维材料在催化剂、电化学材料、吸附材料、光热转化材料、吸波材料或屏蔽材料等领域均具有优异的性能，适合工业化大规模生产。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为实施例3和对比例1的Ni/C纳米复合纤维的HAADF-STEM和EDX元素分布图；
其中，a为对比例1的Ni/C纳米复合纤维的HAADF-STEM图；b、c、d为对比例1的Ni/C纳米复合纤维的EDX元素分布图；e为实施例3的Ni/C纳米复合纤维的HAADF-STEM图；f、g、h为实施例3的Ni/C纳米复合纤维的EDX元素分布图；
图2为实施例1～3和对比例1的Ni/C纳米复合纤维的XRD和拉曼光谱图；
其中，a为实施例1～3和对比例1的Ni/C纳米复合纤维的XRD图；b实施例1～3和对比例1的Ni/C纳米复合纤维的拉曼光谱图；
图3为S23、S33、S43、S03、S46、S48的RL随频率变化曲线图；
其中，a为S03的RL随频率变化曲线图；b为S23的RL随频率变化曲线图；c为S33的RL随频率变化曲线图；d为S43的RL随频率变化曲线图；e为S46的RL随频率变化曲线图；f为S48的RL随频率变化曲线图；
图4为S43的RL云图和S23、S33、S43、S03、S46、S48的最佳RL对应有效频宽的柱状统计图；
其中，a为S43的RL云图；b为S23、S33、S43、S03、S46、S48的最佳RL对应有效频宽的柱状统计图；
图5为S43的反射损耗峰值频率随厚度变化曲线图；
图6为S23、S33、S43、S03、S46、S48的阻抗匹配云图；
其中，a为S03的阻抗匹配云图；b为S23的阻抗匹配云图；c为S33的阻抗匹配云图；d为S43的阻抗匹配云图；e为S46的阻抗匹配云图；f为S48的阻抗匹配云图；
图7为S23、S33、S43、S03、S46、S48的衰减因子随频率变化曲线图；
图8为实施例4和对比例2的Fe/C纳米复合纤维的HAADF-STEM图；
其中，a为对比例2的Fe/C纳米复合纤维的HAADF-STEM图；b为实施例4的Fe/C纳米复合纤维的HAADF-STEM图；
图9为实施例7和对比例3的FeNi/C纳米复合纤维的电催化性能测试结果。
具体实施方式
本发明提供一种基于MOFs衍生的金属/碳纳米复合纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)将有机配体、金属盐、聚合物、溶剂混合，顺次在加热条件下和室温下进行反应，得到纺丝液前驱体；
(2)将纺丝液前驱体进行静电纺丝，得到复合纤维膜；
(3)将复合纤维膜进行碳化，得到基于MOFs衍生的金属/碳纳米复合纤维。
在本发明中，步骤(1)中有机配体包括本领域常规有机配体，优选为对苯二甲酸、均苯三甲酸、氨基对苯二甲酸、2,5-二羟基对苯二甲酸、柠檬酸、顺丁烯二酸、苹果酸、EDTA和吡啶二羧酸中的一种或多种，进一步优选为对苯二甲酸、均苯三甲酸、氨基对苯二甲酸、EDTA和吡啶二羧酸中的一种或多种，更优选为对苯二甲酸。
在本发明中，步骤(1)中聚合物包括本领域常规聚合物，优选为聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯、聚氯乙烯和聚酰胺中的一种或多种，进一步优选为聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚氯乙烯和聚酰胺中的一种或多种，更优选为聚氯乙烯。
在本发明中，步骤(1)中溶剂包括本领域常规溶剂，优选为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二乙基甲酰胺、甲醇和乙醇中的一种或多种，进一步优选为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二乙基甲酰胺和乙醇中的一种或多种，更优选为N,N-二乙基甲酰胺。
在本发明中，步骤(1)中金属盐包括本领域常规金属盐，优选为铁盐、镍盐、钴盐、锌盐、铜盐中的一种或几种，进一步优选为铁盐或镍盐，更优选为乙酰丙酮镍。
在本发明中，步骤(1)中有机配体、金属盐、聚合物、溶剂的质量体积比优选为1～18g：13～30g：25～45g：300～400mL，进一步优选为4～17g：19～26g：28～41g：330～390mL，更优选为11g：23g：35g：350mL。
在本发明中，步骤(1)中有机配体、金属盐、聚合物、溶剂混合的方法具体优选为：将有机配体、聚合物、溶剂在80～85℃下搅拌1～3h，再降温至55～63℃后加入金属盐。
在本发明中，步骤(1)中在加热条件下反应的温度优选为55～63℃，进一步优选为57～61℃，更优选为59℃；时间优选为1～3h，进一步优选为1.2～2.7h，更优选为2.5h。
在本发明中，步骤(1)中在室温下反应的时间优选为13～20h，进一步优选为15～18h，更优选为16h。
在本发明中，步骤(1)中在加热条件下和室温下进行反应还包括在反应过程中搅拌；搅拌的速率独立的优选为100～200r/min，进一步优选为120～170r/min，更优选为130r/min。
在本发明中，步骤(2)中静电纺丝的条件为：注射泵推进速率优选为0.2～0.9mL/h，进一步优选为0.32～0.87mL/h，更优选为0.64mL/h；电压优选为12～18kV，进一步优选为13～17kV，更优选为16kV；针头优选为22#纺丝喷针；针头和接收板的距离优选为15～20cm，进一步优选为16～19cm，更优选为17cm。
在本发明中，步骤(2)中在静电纺丝后还包括将静电纺丝得到的复合纤维膜优选于50～65℃干燥10～15h，进一步优选为54～61℃干燥11～14h，更优选为57℃干燥12h。
在本发明中，步骤(3)中碳化为两段碳化；第一段碳化的温度优选为300～340℃，进一步优选为312～334℃，更优选为327℃；时间优选为1～2h，进一步优选为1.2～1.9h，更优选为1.4h；升温速率优选为2～5℃/min，进一步优选为3～5℃/min，更优选为4℃/min；第二段碳化的温度优选为550～1200℃，进一步优选为620～1085℃，更优选为867℃；时间优选为1～2h，进一步优选为1.1～1.6h，更优选为1.2h；升温速率优选为2～5℃/min，进一步优选为2.3～4.1℃/min，更优选为3.7℃/min。
在本发明中，步骤(3)中碳化优选为在保护气氛中真空碳化；真空碳化的真空度优选为1～5Pa，进一步优选为2～4Pa，更优选为3Pa；保护气氛优选为氮气或惰性气体，进一步优选为惰性气体，更优选为氩气。
在本发明中，步骤(3)中碳化后还包括在真空条件下自然冷却至室温。
本发明还提供上述制备方法制得的一种基于MOFs衍生的金属/碳纳米复合纤维。
本发明还提供一种基于MOFs衍生的金属/碳纳米复合纤维在催化剂、电化学材料、吸附材料、光热转化材料、吸波材料或屏蔽材料中的应用。
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供一种基于MOFs衍生的Ni/C纳米复合纤维，其制备方法包括以下步骤：
(1)将0.08g对苯二甲酸(PA)、0.32g聚丙烯腈(PAN)加入到3.6mL DMF中，在80℃条件下于130r/min磁力搅拌2h，使PA和PAN完全溶解；再降温至60℃，加入0.24g乙酰丙酮镍(Ni(acac)2)继续于130r/min磁力搅拌2h，然后在室温下于130r/min搅拌16h得到纺丝液前驱体；
(2)将纺丝液前驱体进行静电纺丝，具体条件为：针头为22#纺丝喷针，注射泵推进速率为0.84mL/h，电压为15kV，针头和接收板的距离为20cm；得到复合纤维膜；将复合纤维膜于60℃干燥12h；
(3)将复合纤维膜进行真空碳化，具体为：在氮气气氛、真空度3Pa条件下，以2.5℃/min速率升温至300℃碳化1h，再以2.5℃/min速率升温至750℃碳化1h，碳化结束后自然冷却至室温，得到基于MOFs衍生的Ni/C纳米复合纤维。
实施例2
本实施例提供一种基于MOFs衍生的Ni/C纳米复合纤维，其制备方法参见实施例1，不同之处在于步骤(1)中PA为0.12g。
实施例3
本实施例提供一种基于MOFs衍生的Ni/C纳米复合纤维，其制备方法参见实施例1，不同之处在于步骤(1)中PA为0.16g。
实施例4
本实施例提供一种基于MOFs衍生的Fe/C纳米复合纤维，其制备方法包括以下步骤：
(1)将0.04g PA、0.32g PAN加入到3.6mL DMF中，在80℃条件下于130r/min磁力搅拌2h，使PA和PAN完全溶解；再降温至60℃，加入0.24g乙酰丙酮铁，继续于130r/min磁力搅拌2h，然后在室温下于130r/min搅拌16h得到纺丝液前驱体；
(2)将纺丝液前驱体进行静电纺丝，具体条件为：针头为22#纺丝喷针，注射泵推进速率为0.52mL/h，电压为15kV，针头和接收板的距离为20cm；得到复合纤维膜；将复合纤维膜于60℃干燥12h；
(3)将复合纤维膜进行真空碳化，具体为：在氮气气氛、真空度3Pa条件下，以2.5℃/min速率升温至300℃碳化1h，再以2.5℃/min速率升温至750℃碳化1h，碳化结束后自然冷却至室温，得到基于MOFs衍生的Fe/C纳米复合纤维。
实施例5
本实施例提供一种基于MOFs衍生的Fe/C纳米复合纤维，其制备方法参见实施例4，不同之处在于步骤(1)中PA为0.12g。
实施例6
本实施例提供一种基于MOFs衍生的Fe/C纳米复合纤维，其制备方法参见实施例4，不同之处在于步骤(1)中PA为0.16g。
实施例7
本实施例提供一种基于MOFs衍生的FeNi/C纳米复合纤维，其制备方法包括以下步骤：
(1)将0.12g PA、0.32g PAN加入到3.6mL DMF中，在80℃条件下于130r/min磁力搅拌2h，使PA和PAN完全溶解；再降温至60℃，加入0.10g乙酰丙酮镍(Ni(acac)2)和0.14g硝酸铁继续于130r/min磁力搅拌2h，然后在室温下于130r/min搅拌16h得到纺丝液前驱体；
(2)将纺丝液前驱体进行静电纺丝，具体条件为：针头为22#纺丝喷针，注射泵推进速率为0.2mL/h，电压为15kV，针头和接收板的距离为16cm；得到复合纤维膜；将复合纤维膜于60℃干燥12h；
(3)将复合纤维膜进行真空碳化，具体为：在氮气气氛、真空度3Pa条件下，以2.5℃/min速率升温至300℃碳化1h，再以2.5℃/min速率升温至850℃碳化1h，碳化结束后自然冷却至室温，得到基于MOFs衍生的FeNi/C纳米复合纤维。
对比例1
本对比例提供一种Ni/C纳米复合纤维，其制备方法参见实施例1，不同之处在于步骤(1)中不含有PA。
对比例2
本对比例提供一种Fe/C纳米复合纤维，其制备方法参见实施例4，不同之处在于步骤(1)中不含有PA。
对比例3
本对比例提供一种FeNi/C纳米复合纤维，其制备方法参见实施例7，不同之处在于步骤(1)中不含有PA。
将实施例3和对比例1的Ni/C纳米复合纤维进行高分辨高角度环形暗场-扫描透射电子显微镜(HAADF-STEM)和EDX元素分布表征，结果如图1所示。
由图1可知，在对比例1的纤维表面分布着一定数量的粒径不一的纳米粒子(图a)，结合EDX元素分布显示，C(图b)和O(图d)元素沿纤维呈均匀分布，而在Ni元素在纤维表面分散性随机分布(图c)。而实施例3的纤维HAADF-STEM图中(图e)，在纤维表面散布着致密的纳米颗粒，颗粒粒径要整体小于对比例1中的纳米颗粒，结合EDX元素分布可知，C(图f)和O(图h)元素沿纤维呈均匀分布，Ni元素在复合纤维中呈细小的、致密的单分散随机分布(图g)。
将实施例1～3和对比例1的Ni/C纳米复合纤维进行XRD和拉曼光谱表征，结果如图2所示。
由图a可知，位于44.5°、51.9°和76.4°的特征衍射峰分别对应于面心立方Ni的(111)、(200)和(220)晶面(PDF#04-0850)；位于37.3°、43.4°和62.9°处的衍射峰分别对应于NiO的(111)、(200)和(220)晶面(PDF#47-1049)；位于25.9°处的衍射峰对应于石墨的(002)晶面(PDF#41-1487)。石墨衍射峰的出现是由于Ni在PAN碳化过程中的催化作用所致。另外，通过对比XRD曲线可以发现，在对比例1的曲线中，石墨峰几乎是馒头峰，NiO的特征峰比较强，而Ni的特征峰比较弱。在加入PA后，石墨峰变尖锐，NiO的特征峰随着PA加入量的增加而减弱直至几乎消失，Ni的特征峰增强。说明PA的加入可以促进Ni2+的碳热还原过程以及碳纤维中石墨的生成。如图b所示，在1348和1582cm-1处出现的两个特征峰分别对应于碳材料的D带和G带，这两个峰的存在证实了PAN的成功碳化。众所周知，D带是由非晶碳中的sp3伸缩振动引起，而G带是由石墨化碳中sp2伸缩振动引起。因此，通常用ID/IG的值来反映碳的石墨化程度。对比例1、实施例1～3的纤维的ID/IG值分别为1.031、0.997、0.982和0.984，说明石墨化程度随着PA的加入有一定程度的增加。
吸波性能测试：
将实施例1、2、3和对比例1的Ni/C纳米复合纤维作为吸波剂，将吸波剂加入到熔融的石蜡中，搅拌均匀，然后在模具中固化成一个外径7mm、内径3.04mm的同心圆，得到复合吸波材料(吸波剂复合吸波材料中的填充比为3％，即吸波剂与石蜡的质量比为3:97)，复合吸波材料相应的命名为S23、S33、S43、S03；再将实施例3的Ni/C纳米复合纤维按上述方法以填充比6％和8％制得复合吸波材料，相应的命名为S46、S48。
(1)根据传输线理论计算复合吸波材料的反射损耗(RL)，RL随频率变化的曲线如图3所示。
由图3可知，S03在厚度为3.5mm，频率为13.5GHz处，最小RL达到-10.2dB，有效频宽为1.8GHz(图a)；对于S23，在厚度为2.5mm，频率为13.0GHz处，最小RL为-10.1dB(图b)；对于S33，在厚度为2.0mm，频率为15.8GHz处，最小RL达到-16.4dB，有效频宽为4.27GHz(图c)；对于S43，在厚度为2.0mm，频率为13.6GHz处，最小RL达到-24.9dB，有效频宽达到5.22GHz(11.62～16.84GHz)(图d)；对于S46，在厚度为2.0mm，频率为11.3GHz处，最小RL达到-18.2dB(图e)；对于S48，在厚度为2.0mm，频率为10.0GHz处，最小RL达到-14.1dB(图f)。
(2)将S43复合吸波材料根据图3的RL数据绘制成RL云图，并统计S23、S33、S43、S03、S46、S48复合吸波材料的最佳RL峰值所对应的频宽、厚度及频率信息结果如图4所示。
由图a可知，随着厚度的增加，S43的最小RL值向低频方向移动。在厚度小于2.0mm处出现了最大有效频宽6.0GHz(12.0～18.0GHz)(图a中白色虚线)，包括了整个Ku波段。由图b可知，当纤维在复合吸波材料中的比例为3％时，最小RL值的绝对值及相应有效吸收频宽随着PA含量的增加，呈现增大的趋势。同时，出现最佳RL时对应的匹配厚度也随着PA含量的增加而变小。当PA为实施例3的含量时，综合吸波性能在所有纤维中达到最优。另外，随着纤维在复合吸波材料中填充比的增加，样品的吸波性能又呈现出减弱的趋势。这主要是由于纤维在复合吸波材料中的填充比增加会提高被测样品的导电性，过高的导电性会增加电磁波在材料表面的反射，不利于吸波性能的提高。因此，S43、S46和S48的吸波性能依次减弱。
(3)在λ/4模型中测试S43复合吸波材料的RL峰值频率随匹配厚度变化规律，结果如图5所示。
由图5可知，S43的RL峰值频率在1.0～5.0mm厚度范围内都能跟λ/4模型曲线相一致，并随着厚度的增加，RL峰值向低频方向移动，表明干涉相消是Ni/C纳米复合纤维对电磁波衰减的因素之一。
(4)测试S23、S33、S43、S03、S46、S48复合吸波材料的阻抗匹配，Z值随不同匹配厚度(1.0～5.0mm)和不同频率(2.0～18.0GHz)变化的云图如图6所示。
由图6可知，S03(图a)和S23(图b)的接近于1的Z值在同一厚度下随着频率的增加出现了两部分不连续的区域；S33的接近于1的Z值在很小的厚度范围、在一定频段内产生了连续区域(图c红色虚线所示)；随着PA含量的增加，S43的接近于1的Z值在2.0～18.0GHz和1.0～5.0mm范围内都出现了连续的区域，并在厚度接近1.5mm处，接近于1的Z值区域对应的频段最宽。说明PA加入量的增加可以有效优化Ni/C纳米复合纤维的阻抗匹配。另外，随着纤维在复合吸波材料中的填充比增加，S46(图e)和S48(图f)的阻抗匹配也逐渐变差，说明过高的填充比也会影响Ni/C纳米复合纤维的阻抗匹配，最终导致差的吸波性能。
(5)测试S23、S33、S43、S03、S46、S48复合吸波材料的衰减因子α，结果如图7所示。
由图7可知，复合吸波材料的α值在2.0～18.0GHz范围内都随频率的增加而增大。其中S43在所有材料中表现出了最大的α值，说明S43对入射电磁波具有最强的衰减能力，也证明了Ni纳米颗粒的细化可以增强纤维对电磁波的衰减。另外，从曲线中也可以看出，纤维在复合吸波材料中过高的填充比，会增加材料对电磁波的反射，从而减弱材料对电磁波的衰减能力。
将实施例4和对比例2的Fe/C纳米复合纤维进行高分辨高角度环形暗场-扫描透射电子显微镜(HAADF-STEM)表征，结果如图8所示。由图8可知，对比例2的纤维表面分布着一定数量的粒径不一的纳米粒子(图a)，而实施例4的纤维HAADF-STEM图中(图b)，在纤维表面散布着致密的纳米颗粒，颗粒粒径要整体小于对比例2中的纳米颗粒，而且纳米颗粒在复合纤维中呈细小的、致密的单分散随机分布。
将实施例7和对比例3的FeNi/C纳米复合纤维进行电催化性能测试，以20％和40％的铂碳作为对比，通过线性扫描伏安法(LSV，以直径为5mm的Pine旋转圆盘电极为工作电极)测试，结果如图9所示。由图9可知，对比例3的FeNi/C纳米复合纤维呈现出一定的氧还原电催化性能，而实施例7的MOFs衍生FeNi/C纳米复合纤维的氧还原电催化性能有所增强。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种基于MOFs衍生的金属/碳纳米复合纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将有机配体、金属盐、聚合物、溶剂混合，顺次在加热条件下和室温下进行反应，得到纺丝液前驱体；
(2)将纺丝液前驱体进行静电纺丝，得到复合纤维膜；
(3)将复合纤维膜进行碳化，得到基于MOFs衍生的金属/碳纳米复合纤维。
2.根据权利要求1所述的一种基于MOFs衍生的金属/碳纳米复合纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中有机配体包括对苯二甲酸、均苯三甲酸、氨基对苯二甲酸、2,5-二羟基对苯二甲酸、柠檬酸、顺丁烯二酸、苹果酸、EDTA和吡啶二羧酸中的一种或多种；聚合物包括聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯、聚氯乙烯和聚酰胺中的一种或多种；金属盐包括铁盐、镍盐、钴盐、锌盐和铜盐中的一种或多种；溶剂包括N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二乙基甲酰胺、甲醇和乙醇中的一种或多种。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于MOFs衍生的金属/碳纳米复合纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中有机配体、金属盐、聚合物、溶剂的质量体积比为1～18g：13～30g：25～45g：300～400mL。
4.根据权利要求1所述的一种基于MOFs衍生的金属/碳纳米复合纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中在加热条件下反应的温度为55～63℃，时间为1～3h。
5.根据权利要求1或4所述的一种基于MOFs衍生的金属/碳纳米复合纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中在室温下反应的时间为13～20h。
6.根据权利要求5所述的一种基于MOFs衍生的金属/碳纳米复合纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中静电纺丝的条件为：注射泵推进速率为0.2～0.9mL/h；电压为12～18kV；针头为22#纺丝喷针；针头和接收板的距离为15～20cm。
7.根据权利要求1、4或6所述的一种基于MOFs衍生的金属/碳纳米复合纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中碳化为两段碳化；第一段碳化的温度为300～340℃，时间为1～2h，升温速率为2～5℃/min；第二段碳化的温度为550～1200℃，时间为1～2h，升温速率为2～5℃/min。
8.权利要求1～7任一项所述的制备方法制得的一种基于MOFs衍生的金属/碳纳米复合纤维。
9.权利要求8所述的一种基于MOFs衍生的金属/碳纳米复合纤维在催化剂、电化学材料、吸附材料、光热转化材料、吸波材料或屏蔽材料中的应用。
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