[发明专利]一种Co/Ni-Keggin型杂多酸-碳纳米纤维电极及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种Co/Ni-Keggin型杂多酸-碳纳米纤维电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1）制备Co/Ni-Keggin型杂多酸：将摩尔比为0~4，且不为0的(CH₃COO)₂Ni•4H₂O和(CH₃COO)₂Co•4H₂O溶于CH₃COOK溶液中，调节至pH=8，搅拌15 min；向上述溶液中加入Na₁₀(α-SiW₉O₃₄)•19H₂O，40℃条件下搅拌45 min，将混合物冷却至室温，-5℃下保存10 min；离心分离浆液，所获产物冷冻干燥后，置于石英坩埚中，N₂保护下煅烧制得Co/Ni-Keggin型杂多酸；

所述煅烧的条件如下：高纯N₂气氛，气体流量100~200 mL/min，以5℃/min速率升温至700℃，煅烧时间为12 h；N₂的纯度为99.999%；

步骤2）静电纺丝制备Co/Ni-Keggin型杂多酸-碳纳米纤维复合材料：取步骤1）制得的Co/Ni-Keggin型杂多酸超声分散于N,N-二甲基甲酰胺溶液中，加入聚甲基丙烯酸甲酯，配制成Co/Ni-Keggin型杂多酸质量浓度为8~15%的纺丝液，随后经静电纺丝及碳化制得Co/Ni-Keggin型杂多酸-碳纳米纤维复合材料；其中，N,N-二甲基甲酰胺溶液与聚甲基丙烯酸甲酯的体积质量比为20 mL：1.2~1.8 g；

步骤3）制备复合电极：取步骤2）制得的Co/Ni-Keggin型杂多酸-碳纳米纤维复合材料，添加粘结剂进行调浆，经模具挤压成型，真空干燥，高温焙烧，制得膜电极即为所述Co/Ni-Keggin型杂多酸-碳纳米纤维电极；

所述Co/Ni-Keggin型杂多酸-碳纳米纤维电极包括Co/Ni-Keggin型杂多酸和多孔碳纤维，所述Co/Ni-Keggin型杂多酸镶嵌在所述多孔碳纤维中形成Co/Ni-Keggin型杂多酸-碳纳米纤维复合材料，再将所述Co/Ni-Keggin型杂多酸-碳纳米纤维复合材料制成光电活性膜电极，其中，所述Co/Ni-Keggin型杂多酸的主要成分为K₅Na[(A-α-SiW₉O₃₄)Co_nNi_(4-n)(OH)₃(CH₃COO)₃]•15H₂O，n为1~4范围内的数且不为4。

2.根据权利要求1所述的一种Co/Ni-Keggin型杂多酸-碳纳米纤维电极的制备方法，其特征在于，步骤2）所述聚甲基丙烯酸甲酯为分子量15000的聚甲基丙烯酸甲酯和分子量30000的聚甲基丙烯酸甲酯按质量比为1:2混合而成。

3.根据权利要求1所述的一种Co/Ni-Keggin型杂多酸-碳纳米纤维电极的制备方法，其特征在于，步骤2）所述静电纺丝的电压为15~25 kV，推流速率为0.1~1 mL/h，接收距离为15cm，温度为40~50℃。

4.根据权利要求1所述的一种Co/Ni-Keggin型杂多酸-碳纳米纤维电极的制备方法，其特征在于，步骤2）所述碳化的步骤如下：将静电纺丝得到的复合纤维放在管式炉中，于氮气气氛下600℃保温4 h。

5.根据权利要求1所述的一种Co/Ni-Keggin型杂多酸-碳纳米纤维电极的制备方法，其特征在于，步骤3）所述粘结剂为聚全氟丙烯或聚四氟乙烯中的至少一种；所述调浆采用的溶剂为四氢呋喃、丙酮或六氟异丙醇中的一种或以上。

6.根据权利要求1所述的一种Co/Ni-Keggin型杂多酸-碳纳米纤维电极的制备方法，其特征在于，步骤3）中模具挤压成型的预压压力为100 MPa，经真空干燥后在250 MPa的压力下进行复压，550℃下焙烧30 min后制得膜电极。