[发明专利]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

权利要求书

1.一种钴/氮掺杂石墨烯与纳米碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于，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，细菌纤维素链状高分子经煅烧会碳化为纳米碳纤维材料，通过对尿素和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碳纤维的纳米复合碳材料；接着，通过浸渍还原法向氮掺杂石墨烯引入钴纳米金属粒子作为新的活性位点，同时，通过金属粒子与氮原子的协同作用，以增强氮掺杂石墨烯在氢析出反应（HER）的电催化效果，包括以下步骤：

a、氮掺杂石墨烯与纳米碳纤维复合材料的制备：

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尿素溶液中，细菌纤维素与尿素质量比为1:（1～40），并将其置于冰箱中完全冷冻成固体，对冻结后的样品进行冷冻干燥，得到细菌纤维素与白色絮状尿素的白色气凝胶，将所得白色气凝胶置于管式炉中，加热至800℃~1000℃并保温一小时，自然冷却至室温，全程通高纯N₂保护，得到黑色的碳气凝胶，即得基体复合材料氮掺杂石墨烯与纳米碳纤维复合材料；

b、钴金属纳米粒子的负载：

取上述制备的氮掺杂石墨烯与纳米碳纤维复合材料超声分散于去离子水中，浓度为2.5mg/mL，加入钴盐并搅拌12h，所述钴盐中的钴元素与基体复合材料的质量比为1:1~1:20，调节溶液pH值至13，然后快速加入还原剂进行还原，所述的还原剂是硼氢化钠溶液、双氰胺溶液或亚硫酸钠溶液还原剂中的一种，并再次搅拌6h得到混合物，对混合物离心分离，去除澄清液体，保留固体粉末，加入去离子水分散并再次离心洗涤，重复三次之后，加入无水乙醇进行离心洗涤，同样重复三次，将最终得到的固体粉末烘干，即可得到钴/氮掺杂石墨烯与纳米碳纤维复合材料。

2.根据权利要求1所述的一种钴/氮掺杂石墨烯与纳米碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于所述的钴金属纳米粒子负载的过程中所用的钴盐为氯化钴或其水合物、醋酸钴或其水合物中的一种。

3.根据权利要求1所述的一种钴/氮掺杂石墨烯与纳米碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于，所述的细菌纤维素与尿素质量比为1:20。

4.根据权利要求1所述的一种钴/氮掺杂石墨烯与纳米碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于，步骤a中，所述的管式炉保温温度为900℃。

5.根据权利要求1或4所述的一种钴/氮掺杂石墨烯与纳米碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于，所述的管式炉加热速率为3~10℃/min，以5℃/min为优选。

6.根据权利要求5所述的一种钴/氮掺杂石墨烯与纳米碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于，所述的管式炉加热速率为5℃/min。

7.根据权利要求1所述的一种钴/氮掺杂石墨烯与纳米碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于，步骤b中，烘干温度为50~80℃。

8.一种钴/氮掺杂石墨烯与纳米碳纤维复合材料，其特征在于根据权利要求1-7任一所述方法制备得到。

9.一种根据权利要求8所述钴/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。