一种MOF衍生碳纳米管/碳基体复合材料及其制备方法和应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115945208A(43)申请公布日2023.04.11(21)申请号202211721242.0C25B11/075(2021.01)(22)申请日2022.12.30C25B11/087(2021.01)H01M4/90(2006.01)(71)申请人南华大学H01M4/88(2006.01)地址421001湖南省衡阳市蒸湘区常胜西C02F101/00(2006.01)路28号C02F101/20(2006.01)(72)发明人曾庆意张清彦曾庆明张超郭陆林王旭杨晴晴巩海一文艳君(74)专利代理机构北京高沃律师事务所11569专利代理师王立普(51)Int.Cl.B01J27/24(2006.01)B01J37/08(2006.01)C02F1/461(2023.01)C25B1/04(2021.01)权利要求书1页说明书8页附图5页(54)发明名称一种MOF衍生碳纳米管/碳基体复合材料及其制备方法和应用(57)摘要本发明提供了一种MOF衍生碳纳米管/碳基体复合材料及其制备方法和应用，属于复合材料技术领域。本发明以MOF为原料，在高C和高N氛围中对MOF进行处理，促使MOF发生炭化并重组为碳纳米管，同时掺入N元素，使制备得到的MOF衍生碳纳米管拥有Co金属位点(MOF提供)和N原子同时具有孔隙结构，增加了碳纳米管的活性位点，提高了碳纳米管的催化性能；并且本发明在碳毡上原位制备碳纳米管，提高了碳纳米管与碳毡的结合力，使其在催化过程中碳纳米管与碳毡不易剥离，提高了循环稳定性。此外，本发明还通过控制炭化和重组的温度和时间，使得电极材料具有更优的催化活性和优异的循环稳定性。CN115945208ACN115945208A权利要求书1/1页1.一种MOF衍生碳纳米管/碳基体复合材料的制备方法，包括以下步骤：将碳基体、钴盐溶液与二甲基咪唑溶液混合，发生配位反应，在所述碳基体表面形成MOF材料，得到MOF修饰碳基体；将含N的碳源在惰性氛围中进行分解反应，形成高C和高N的氛围；将所述MOF修饰碳基体在所述高C和高N的氛围中进行炭化和重组，得到MOF衍生碳纳米管/碳基体复合材料；所述炭化和重组的温度为600～800℃，时间为1～6h。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述分解反应的温度为400～500℃，时间为1～4h。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述MOF修饰碳基体中MOF的载量为0.3～0.5mg/cm2。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钴盐溶液包括硫酸钴溶液或硝酸钴溶液。5.根据权利要求1、3或4所述的制备方法，其特征在于，所述钴盐溶液中钴盐与二甲基咪唑溶液中二甲基咪唑的摩尔比为1：4～10。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述MOF修饰碳基体与含N的碳源的质量比为1:0.4～1。7.根据权利要求1或6所述的制备方法，其特征在于，所述含N的碳源包括尿素、二氰二胺和三聚氰胺中的一种或多种。8.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，升温至所述分解反应的温度的升温速率和升温至所述炭化和重组温度的升温速率独立地不高于10℃/min。9.权利要求1～8任一项所述制备方法制备的MOF衍生碳纳米管/碳基体复合材料，其特征在于，包括碳基体和负载在所述碳基体上的MOF衍生碳纳米管；所述MOF衍生碳纳米管含有元素C、N、O和Co，管径为10～250nm。10.权利要求9所述的MOF衍生碳纳米管/碳基体复合材料作为电极材料在光电催化体系或电催化体系中的应用。2CN115945208A说明书1/8页一种MOF衍生碳纳米管/碳基体复合材料及其制备方法和应用技术领域[0001]本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种MOF衍生碳纳米管/碳基体复合材料及其制备方法和应用。背景技术[0002]为了环境能源的可持续发展，开发可再生清洁能源技术至关重要。其中(光)电化学能源技术在处理环境和能源方面问题具有一定优势，例如：处理水中有机物、分解水产能、氧化氨氮、固定二氧化碳、燃料电池及超级电容器等方面。[0003]传统的(光)电化学能源技术中常以贵金属作为催化剂，迫于传统贵金属催化剂过于昂贵的成本，常以碳纳米管粉体与碳布或碳毡粘连的方式形成的电极进行替代。但以碳纳米管粉体与碳布或碳毡粘连的方式形成的电极存在循环性能低和催化性能低的问题。发明内容[0004]本发明的目的在于提供一种MOF衍生碳纳米管/碳基体复合材料及其制备方法和应用，本发明的电极材料具有优异的循环稳定性和催化性能。[0005]本发明提供了一种MOF衍生碳纳米管/碳基体复合材料的制备方法，包括以下步骤：[0006]将碳基体、钴盐溶液与二甲基咪唑溶液混合，发生配位反应，在所述碳基体