一种堆叠结构硫化钼/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.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115852426A(43)申请公布日2023.03.28(21)申请号202211588861.7(22)申请日2022.12.12(71)申请人上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司地址201109上海市闵行区剑川路468号(72)发明人崔大祥王敬锋肖龙飞袁伟杰(74)专利代理机构上海东亚专利商标代理有限公司31208专利代理师董梅(51)Int.Cl.C25B11/091(2021.01)C25B1/04(2021.01)C25B11/065(2021.01)权利要求书2页说明书4页附图1页(54)发明名称一种堆叠结构硫化钼/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(57)摘要本发明公开了一种堆叠结构的硫化钼/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。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，故通过对尿素和细菌纤维素混合物的高温热解便获得了以纳米碳纤维为脉络，层片状氮掺杂石墨烯包覆的高度复合材料。与此同时，四硫代钼酸胺经过热处理还原出二硫化钼向氮掺杂石墨烯引入硫化钼纳米粒子作为新的活性位点，同时通过二硫化钼粒子与氮原子的协同作用，增强了氮掺杂石墨烯在氢析出反应（HER）上的电催化效果。CN115852426ACN115852426A权利要求书1/2页1.一种堆叠结构的硫化钼/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，采用尿素热缩聚为氮化碳后再度升温热解生成氮掺杂石墨烯，细菌纤维素链状高分子经煅烧会碳化为纳米碳纤维材料，故通过对尿素和细菌纤维素混合物的高温热解获得以纳米碳纤维为脉络，层片状氮掺杂石墨烯包覆的高度复合材料，同时，胺化硫化钼经过热处理还原出二硫化钼向氮掺杂石墨烯引入硫化钼纳米粒子作为新的活性位点，包括以下步骤：用去离子水反复冲洗细菌纤维素薄膜，之后将清洗干净的细菌纤维素薄膜完全浸入尿素溶液中，所述的细菌纤维素与尿素质量比为1:1~1:40；同时，加入一定含量的胺化硫化钼或其水合物，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，得细菌纤维素与红褐色絮状尿素和胺化硫化钼的白色气凝胶；将所得白色气凝胶置于管式炉中，升温速率为15℃/min至900℃1100℃的高温，并保温一小时，自然冷却至室温，全程通N气~~2保护，得到黑色的碳气凝胶，即为堆叠结构的硫化钼/氮掺杂石墨烯与纳米碳纤维的基体复合材料。2.根据权利要求1所述的一种堆叠结构硫化钼/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，氮掺杂石墨烯与纳米碳纤维复合材料的制备过程中所用的细菌纤维素与尿素质量比为1:30，所述的尿素完全溶解且溶液完全浸没细菌纤维素。3.根据权利要求1所述的一种堆叠结构硫化钼/氮掺杂石墨烯与纳米碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于所述的胺化硫化钼中硫化钼元素与基体复合材料的质量比为1:1~1:20。4.根据权利要求1所述的一种堆叠结构硫化钼/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保温温度为1000℃。5.根据权利要求1所述的一种堆叠结构硫化钼/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2℃/min。6.根据权利要求1至5任一项所述的一种堆叠结构硫化钼/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，按以下步骤制备：用去离子水反复冲洗0.2g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含4g尿素的尿素溶液中，同时，加入60mg四硫代钼酸胺，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，得细菌纤维素与红褐色絮状尿素和四硫代钼酸铵的气凝胶；将所得气凝胶置于管式炉中，升温速率为1~5℃/min加热至950℃并保温一小时，自然冷却至室温，全程通高纯N2气保护，得到黑色的碳气凝胶，即为堆叠结构的硫化钼/氮掺杂石墨烯与纳米碳纤维的复合材料。7.根据权利要求1至5任一项所述的一种堆叠结构硫化钼/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，按以下步骤制备：用去离子水反复冲洗0.2g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没于溶解了4g尿素的溶液中后同时加入80mg四硫代钼酸胺，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，便可得细菌纤维素与红褐色絮状尿素加四硫代钼酸铵的气凝胶，将所得的红褐色气凝胶置于管式炉中，加热至1000℃并保温一小时，自然冷却至室温，全程通高纯N2气保护，得到黑色的碳气凝胶，即为硫化钼/氮掺杂石墨烯与纳米碳纤维复合材料。2CN115852426A权利要求书2/2页8.根据权利要求1至5任一项所述的一种堆叠结构