[发明专利]一种N、Se掺杂纳米碳纤维负载CoSe有机骨架复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种N、Se掺杂纳米碳纤维负载CoSe有机骨架复合材料，属于催化剂技术领域，包括N、Se掺杂纳米碳纤维和负载于所述N、Se掺杂纳米碳纤维表面的ZIF‑67热解衍生碳，所述ZIF‑67热解衍生碳的表面和内部负载有CoSe颗粒。本发明以ZIF‑67热解衍生碳作为CoSe颗粒的分散基体，ZIF‑67能实现对Co的原子级分散，限制CoSe颗粒的团聚，提高CoSe颗粒的氧还原催化活性。本发明使用N、Se掺杂纳米碳纤维作为负载基体，能够赋予纳米碳纤维良好的导电性，有利于催化中电子的输导，促进催化反应进行。此复合材料用作铝空气电池阴极催化剂时，具有良好的氧还原催化活性，能与Pt/C催化剂相媲美。

技术领域

本发明涉及催化剂技术领域，特别涉及一种N、Se掺杂纳米碳纤维负载CoSe有机骨架复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

当今社会对能源的需求越来越高，然而人类所依靠的煤、石油、天然气等化石能源的储量有限，能源危机日趋严峻。此外其燃烧将会产生大量温室气体，加剧地球的温室效应，污染环境，因此急需发展化石燃料的替代品。新兴能源包括风能、水能、太阳能和地热能等，虽然具有清洁、高效、可再生、低成本等优势，却也具有分散性、间歇性、稳定性差等不足，很难直接利用，通常需要储能系统配合存储进行开发利用。

金属铝空气电池，由于具有低成本、与锂(3.86Ah/g)相当的高的理论能量密度(2.98Ah/g)，对环境污染小且可循环利用的特点，被誉为“21世纪绿色能源”，是化石燃料的有力替代品。阴极催化剂的催化活性是直接影响铝空气电池性能的重要因素。当前公认性能较好的、最常使用的催化剂为贵金属催化剂，包括金属铂、钯、金、银等，但其储量低、成本高、服役寿命短限制了其商业化发展。

过渡金属基催化剂具有较高的活性、稳定性而引发了研究领域的高度关注。其中，过渡金属硒化物(TMSe)材料因其独特的催化和电子性能，近年来已成为一种高效的催化材料。然而，过渡金属硒化物存在易团聚的现象，直接作为铝空气电池阴极催化剂时氧还原催化活性并不理想。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种N、Se掺杂纳米碳纤维负载CoSe有机骨架复合材料及其制备方法和应用，本发明提供的N、Se掺杂纳米碳纤维负载CoSe有机骨架复合材料具有良好的氧还原催化活性。

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N、Se掺杂纳米碳纤维负载CoSe有机骨架复合材料，包括N、Se掺杂纳米碳纤维和负载于所述N、Se掺杂纳米碳纤维表面的ZIF-67热解衍生碳，所述ZIF-67热解衍生碳的表面和内部负载有CoSe颗粒。

优选的，所述CoSe颗粒中Co与Se的摩尔比为0.85:1；

所述CoSe颗粒在N、Se掺杂纳米碳纤维负载CoSe有机骨架复合材料中的质量含量为10～15％。

优选的，所述ZIF-67热解衍生碳在N、Se掺杂纳米碳纤维负载CoSe有机骨架复合材料中的质量含量为15～35％。

优选的，所述N、Se掺杂纳米碳纤维负载CoSe有机骨架复合材料的直径为0.5～1μm；

所述N、Se掺杂纳米碳纤维的直径为100～200nm；

所述CoSe颗粒的粒径为5～10nm。

本发明提供了上述N、Se掺杂纳米碳纤维负载CoSe有机骨架复合材料的制备方法，包括以下步骤：

将聚丙烯腈、ZIF-67有机骨架材料与有机溶剂混合，得到静电纺丝前驱体溶液；

对所述静电纺丝前驱体溶液进行静电纺丝，干燥后得到纺丝纤维薄膜；

对所述纺丝纤维薄膜进行加热氧化，得到预氧化纤维薄膜；