[发明专利]一种负载催化剂的碳纤维布及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种负载催化剂的碳纤维布的制备方法，其制备步骤包括：S1：将基布浸渍于表面处理液中浸渍以对其表面官能团进行处理后进行干燥；S2：将步骤S1中干燥后的基布浸渍于表面修饰剂溶液中后进行干燥；S3：将步骤S2中干燥后的基布浸渍于可溶性金属盐溶液中使得可溶性金属盐负载于基布上，随后对基布进行干燥处理；S4：将步骤S3中干燥后的负载有可溶性金属盐的基布在保护气体的氛围下于700℃‑1200℃下热解后自然降温至室温，得到负载有催化剂的碳纤维布。本发明的制备方法工艺简单、以精确控制催化剂结构，实现高的催化性能，有效解决了碳纤维表面金属催化剂负载不均匀，易团聚、不可控等系列问题，有利于大规模制备。

技术领域

本发明涉及一种碳纤维布，具体涉及一种负载催化剂的碳纤维布的制备方法、由该方法制得的碳纤维布以及该碳纤维布在催化领域的应用。

背景技术

目前，我国是世界上最大的纺织品生产和出口国，但是，纺织品科技附加值不高，如果可以基于传统纺织品，进一步开发出成本低但附加值高的产品，对于推动我国产业升级，促进产业发展是非常必要的。

传统的碳纤维制备方法是将聚丙烯腈(PAN)纤维或者人造树脂纤维类的有机纤维在非活性气体中、通常在高于2000℃的温度下进行高温碳化，最后得到高导电的纤维织物。由该方法制备得到的碳纤维几乎不含有缺陷，可以达到超高的线纤维模量，在轻质增强领域有着广泛的应用，如东丽株式会社的专利CN201280025547.6。但是，由该方法制得的碳纤维制造成本高，而且因为其表面碳化完全，表面活性位点少，不适于催化反应、能源储存等领域。

为了将碳纤维应用于催化领域，目前，研究制备碳纤维负载金属催化剂的方法多集中在将商用的高强度碳纤维作为前驱体，利用硝酸等强氧化性酸对碳纤维表面进行改性，然后进一步吸附金属盐溶液，经过高温碳化热处理得到颗粒负载的碳纤维结构。例如，中国专利申请CN201910149923.6中公开了一种利用碳纤维制备氮掺杂碳包覆金属纳闷颗粒复合材料的方法，该方法利用碳毡、碳纸、碳泡沫或碳纤维布中的一种作为前驱体，经过表面处理、然后浸渍、热处理得到氮掺杂的金属纳米颗粒负载的碳纤维结构。专利CN201510692209.3中公开了一种利用静电纺丝技术，首先将钴源、聚乙烯吡咯烷酮和N,N-二甲基甲酰胺混合，搅拌均匀得前驱体纺丝液；通过静电纺丝获得前驱体纤维，将前驱体纤维在惰性气氛下煅烧，得到负载钴纳米颗粒的碳纤维复合材料。但是，该方法的制造成本较高，且得到的钴纳米颗粒尺寸偏大，为50-100nm。此外，中国专利申请CN201910977045.7公开了一种碳纤维编织布负载羟基氧化铁纳米颗粒复合结构，其也是基于商用的碳纤维布，通过水热法得到氧化铁纳米颗粒结构在碳纤维布上。但是，该方法也不能将催化剂的颗粒控制到很小的尺寸范围。

综上可知，目前的方法大多是基于高成本的商用碳纤维作为原材料，在碳纤维表面负载的金属催化剂尺寸普遍偏大，由于催化剂的催化活性与其尺寸成反比，即，尺寸越小催化性能越高，因此，目前的碳纤维负载催化剂的制备方法并不利于催化性能的提升。因此，有必要提供一种催化剂尺寸可调、制造成本低且可大规模制造的碳纤维负载催化剂的方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可用于催化反应的负载催化剂的碳纤维布及其相应的制备方法和应用。该复合碳纤维布具有尺寸可调的金属催化剂，即表面修饰的碳纤维结构。此外，该负载催化剂的碳纤维布具有成本低、可大规模制造，并具有高效催化活性的特点，可满足市场对低成本、高效催化反应的需要。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供了一种负载催化剂的碳纤维布的制备方法，其包括以下制备步骤：

S1：基布表面处理：将基布置于表面处理液中浸渍0.5h-1h以对其表面官能团进行处理，然后于80℃-100℃下干燥1h-2h；

S2：表面修饰处理：将步骤S1中干燥后的基布置于表面修饰剂溶液中浸渍0.5h-1h以对基布表面进行有机物表面修饰，然后于80℃-100℃下干燥1h-2h；