1.一种蛛巢状复合碳纳米材料@钌纳米颗粒的制备方法,其特征在于,所述蛛巢状复合碳纳米材料为MOF衍生蛛巢状铁钴合金氮掺杂碳纳米材料,所述MOF衍生蛛巢状铁钴合金氮掺杂碳纳米材料为导电网络,所述钌纳米颗粒为负载物,所述蛛巢状复合碳纳米材料的生长采用化学气相沉积法。
2.如权利要求1所述的一种蛛巢状复合碳纳米材料@钌纳米颗粒的制备方法,其特征在于,所述制备方法具体包括如下步骤:步骤一、MOF衍生蛛巢状复合碳纳米材料的合成:
(1)合成锌基沸石咪唑酯骨架材料(ZIF‑8)粒子:将一定量的Zn(NO3)2·6H2O甲醇溶液、
1‑甲基咪唑和2‑甲基咪唑混合在一起,在室温下搅拌反应并离心收集,再用乙醇洗涤数次;
(2)合成FeOOH纳米棒:取一定量的FeCl3·6H2O添加到装有去离子水和聚乙烯亚胺(PEI)的圆底烧瓶中,在65~90℃下加热反应2h获得均匀的FeOOH纳米棒;
(3)聚乙烯吡咯烷酮(PVP)功能化FeOOH纳米棒的制备:将(2)中得到的FeOOH纳米棒分散于PVP乙醇溶液中,在室温下进一步搅拌8~12h获得PVP功能化的FeOOH纳米棒,离心分离后再用乙醇洗涤数次,再分散在甲醇中备用;
(4)ZIF‑8@FeOOH/钴基沸石咪唑酯骨架材料(ZIF‑67)杂化颗粒的制备:将(1)中的制备的ZIF‑8颗粒和(3)中制备的PVP功能化FeOOH纳米棒悬浮液通过超声波分散于Co(NO3)2·
6H2O溶液中,再快速加入2‑甲基咪唑的甲醇溶液,然后让混合物在室温下搅拌混合后静置反应2h,离心收集,甲醇洗涤数次,真空干燥获得ZIF‑8@FeOOH/ZIF‑67杂化颗粒;
(5)蛛巢状铁钴合金氮掺杂碳纳米材料(FeCoSG/NCNT)的合成:取一定量(4)中获得的ZIF‑8@FeOOH/ZIF‑67混合颗粒放置在陶瓷舟中,在上方放置另一个陶瓷舟里面装了氮源有机物,管式炉全程氩氢流通,采用两段式升温加热程序,加热结束后冷却至室温得到蛛巢状铁钴合金氮掺杂碳纳米材料(FeCoSG/NCNT);
步骤二、MOF衍生蛛巢状复合碳纳米材料@钌纳米颗粒的制备:通过把蛛巢状铁钴合金氮掺杂碳纳米材料浸渍在RuCl3·xH2O的乙醇溶液中,先通过超声分散后静止5~8h,再将其转移至真空烘箱中干燥,干燥后的样品再置于管式炉中通氩氢(7%)混合气体还原实现钌纳米颗粒的负载。
3.如权利要求2所述的一种蛛巢状复合碳纳米材料@钌纳米颗粒的制备方法,其特征在于,步骤一的(1)中,所述Zn(NO3)2·6H2O的物质的量为20mM,Zn(NO3)2·6H2O甲醇溶液的体积为180~250mL;所述1‑甲基咪唑的质量分数为99%,体积为2~3mL;所述2‑甲基咪唑的物质的量为100mM,2‑甲基咪唑甲醇溶液的体积为180~230mL。
4.如权利要求2所述的一种蛛巢状复合碳纳米材料@钌纳米颗粒的制备方法,其特征在于,步骤一(2)中,所述FeCl3·6H2O的质量为5.46g,所述去离子水的体积为100mL,所述聚乙烯亚胺(PEI)的体积为0.1~0.5mL。
5.如权利要求2所述的一种蛛巢状复合碳纳米材料@钌纳米颗粒的制备方法,其特征在于步骤一(3)中,所述PVP乙醇溶液的体积为6~12mL,其中PVP的质量分数为2%~8%;所述甲醇的体积为10~20mL。
6.如权利要求2所述的一种蛛巢状复合碳纳米材料@钌纳米颗粒的制备方法,其特征在于步骤一(4)中,Co(NO3)2·6H2O的物质的量为18~25mM,Co(NO3)2·6H2O甲醇溶液的体积为
100~150mL;2‑甲基咪唑的物质的量为120~200mM,2‑甲基咪唑甲醇溶液体积为160~
240mL。
7.如权利要求2所述的一种蛛巢状复合碳纳米材料@钌纳米颗粒的制备方法,其特征在于,步骤一(5)中的氮源有机物为三聚氰氨或双氰胺中的一种或两种;所述两段式升温加热‑1程序中第一段程序的加热速率为5℃ min ,加热到350℃并保温60min;第二段程序的加热‑1速率为5℃ min ,接着第一段加热到800℃,保温2h。
8.如权利要求2所述的一种蛛巢状复合碳纳米材料@钌纳米颗粒的制备方法,其特征在于,步骤二中,所述RuCl3·xH2O中钌量大于37%,FeCoSG/NCNT与RuCl3·xH2O的质量比为3~4:1。
9.如权利要求2所述的一种蛛巢状复合碳纳米材料@钌纳米颗粒的制备方法,其特征在于,所述真空烘箱中干燥的温度为50~60℃;所述管式炉中还原温度为350~450℃,时间为
2~4h。
10.一种如上述1‑10任意一项所述MOF衍生的复合碳纳米材料@钌纳米颗粒的应用,其特征在于,将其应用于HER反应中,所述MOF衍生蛛巢状复合碳纳米材料的表面负载钌纳米颗粒,显著增强表面传质,降低反应的过电位,提高催化剂性能和电导性。