一种复合材料及其制备方法和应用

技术特征：
1.一种复合材料，其特征在于，所述复合材料包括碳纳米纤维、纳米片和过渡金属纳米粒子；所述纳米片包括碳元素；所述纳米片负载在所述碳纳米纤维上；所述过渡金属纳米粒子分散在所述碳纳米纤维和所述纳米片上。2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，在所述复合材料中，所述过渡金属纳米粒子的质量含量为10～15％；优选地，所述过渡金属纳米粒子选自钴纳米粒子、锌纳米粒子中的至少一种；优选地，在所述纳米片中，还包括氮元素；进一步优选地，在所述纳米片中，所述氮元素的质量含量为1～5％。3.权利要求1或2所述的复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括：(1)获得含有聚合物和配体i的纺丝液，纺丝，得到配体i-聚合物无纺布；(2)将所述步骤(1)得到的配体i-聚合物无纺布、过渡金属纳米粒子源和配体ii混合，生长，得到在所述配体i-聚合物无纺布上生长金属-有机框架材料的中间产物；(3)在非活性气氛下，将所述步骤(2)中得到的中间产物热处理，即可得到所述复合材料。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述配体i和所述配体ii均独立地选自均苯三甲酸、对苯二甲酸、苯并咪唑、2-甲基咪唑中的至少一种；所述聚合物选自聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈、聚酰亚胺、沥青、聚偏氟乙烯、纤维素中的至少一种。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述过渡金属纳米粒子源选自过渡金属盐中的至少一种。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述过渡金属盐选自钴盐、锌盐中的至少一种。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述钴盐选自乙酸钴、硝酸钴、硫酸钴、氯化钴中的至少一种；所述锌盐选自乙酸锌、硝酸锌、硫酸锌、氯化锌中的至少一种。8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(1)中，所述配体i和所述聚合物的质量比为1：12～1：4；优选地，在所述步骤(1)中，所述纺丝的条件为：纺丝使用的针头的内径为0.5～2.0mm；温度为20～35℃；环境相对湿度为10～30％；纺丝电压为20～30kv；注射器推进速度为0.5～2.0ml h-1
；纺丝间距为15cm～30cm；优选地，所述步骤(2)包括：将所述步骤(1)得到的配体i-聚合物无纺布、含有过渡金属纳米粒子源的溶液a和含有配体ii的溶液b混合，生长，得到在所述配体i-聚合物无纺布上生长金属-有机框架材料的中间产物；所述含有过渡金属纳米粒子源的溶液a的浓度为0.02mol/l～0.1mol/l；所述含有配体ii的溶液b的浓度为0.2mol/l～0.8mol/l；优选地，所述过渡金属纳米粒子源和所述配体ii的摩尔比为1：1～1：10；所述过渡金属纳米粒子源的质量以其自身质量计；所述配体ii的质量以配体ii自身质量计；
优选地，所述生长的条件为：温度为20～30℃；时间为1～2h；优选地，在所述步骤(1)中，所述纺丝液中还包括溶剂；所述溶剂选自水、乙醇、丙酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、n-甲基吡咯烷酮中的至少一种；优选地，所述纺丝液中聚合物的质量含量为8～12％；优选地，在所述步骤(3)中，所述热处理的条件为：升温速率为1～5℃/min；温度为700～1000℃；时间为1～3h。9.一种催化剂，其特征在于，所述催化剂包括权利要求1或2所述的复合材料、根据权利要求3至8任一项所述方法制备得到的复合材料中的至少一种。10.一种金属-空气电池，其特征在于，所述金属-空气电池的空气电极催化剂选自权利要求9所述的催化剂中的至少一种。

技术总结
本申请公开了一种复合材料及其制备方法、应用，所述复合材料包括碳纳米纤维、纳米片和过渡金属纳米粒子；所述纳米片包括碳元素；所述纳米片负载在所述碳纳米纤维上；所述过渡金属纳米粒子分散在所述碳纳米纤维和所述纳米片上。本发明通过静电纺丝技术，制得了催化活性位点原位锚定在碳纤维表面的纤维结构，有利于提高催化剂在金属-空气电池运行过程中的长期稳定性。期稳定性。


技术研发人员：温珍海 殷溪萌 丁义纯
受保护的技术使用者：中国科学院福建物质结构研究所
技术研发日：2021.02.18
技术公布日：2022/8/29