[發明專利]具有高比表面和晶化孔壁的介孔Co3O4/C復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201310240641.X
• 申請日: 2013-06-17
• 公開（公告）號: CN103331162A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發明（設計）人: 王永霞;崔香枝;施劍林;陳立松
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: B01J23/75
• 分類號: B01J23/75;H01M4/90
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優麗

技術領域

本發明涉及一種介孔結構Co₃O₄/C復合材料及其制備方法，該方法制備的材料不僅具有高的比表面積，還具有良好的結晶性能，是一種良好的燃料電池電極催化劑材料。屬于無機納米材料制備和合成領域。?

背景技術

Co₃O₄/C作為一類重要的非貴金屬復合材料，是一種優良的燃料電池的陰極催化劑，通過對提高其比表面積和Co₃O₄的晶化程度可大大提高其對O₂的催化還原活性，這對降低燃料電池的成本具有重要意義。?

介孔Co₃O₄/C復合材料具有高的比表面積、有序的孔道結構和可調控的孔徑尺寸，大大提高了其催化活性。特別是近幾年發展起來的硬模板法制備合成的介孔Co₃O₄/C復合材料，不僅具有高的電化學催化活性，還具有高的電催化穩定性，在電化學催化等領域具有廣闊的應用前景。然而，文獻中所報道的制備方法，首先制備出介孔碳，以此作為載體，再在此載體上負載Co₃O₄，從而獲得介孔Co₃O₄/C復合材料，此種方法往往耗時耗力，且Co₃O₄分散不均勻。其次，鈷的前軀體不易進入到介孔孔道中，而大量地富集在孔道外側，甚至聚集在孔道端口，大大降低高表面積的介孔材料在催化過程的應用效率。更為重要的是，此種方法中Co₃O₄負載碳材料的外側或孔道中，使其有效比表面積大大降低，如若Co₃O₄存在于碳骨架中，這樣將使其催化效率大為提高。因此，提高Co₃O₄分散均勻性和有效比表面積，以及優化Co₃O₄/C復合材料的簡易化制備工藝，對于Co₃O₄/C復合材料催化性能優勢的發揮和應用具有至關重要的作用。近幾年發展起來的硬模板法可實現模板的完美復型，制備出高比表面積和孔道有序的介孔材料，而三維立方孔道結構(Ia3d)的介孔二氧化硅模板(KIT-6模板)是一種有效的硬模板。例如中國專利CN101912784B公開一種介孔Co₃O₄/β-MnO₂的制備方法，該方法通過將硝酸鈷和硝酸錳的水溶液浸漬于三維立方孔道結構的介孔二氧化硅模板(KIT-6模板)的正己烷溶液中，并進行干燥、焙燒、溶解、洗滌和干燥來制備介孔Co₃O₄/β-MnO₂復合材料，所制得的復合材料具有較好的分散均勻性和較高的有效比表面積，但在該方法中浸漬需要不斷攪拌，且所采用的正己烷溶劑成本較高并對人體有一定的危害。而且目前關于使用KIT-6模板制備介孔Co₃O₄/C復合材料的方法還鮮有報道。?

發明內容

針對上述問題，本發明的目的在于提供一種制備高比表面和孔道有序的介孔Co₃O₄/C復合材料的方法，以通過簡便快捷，省時省力的方法獲得晶化孔壁的Co₃O₄與碳的均勻復合體系。?

在此，本發明提供一種制備高比表面和孔道有序的介孔Co₃O₄/C復合材料的方法，所述方法包括：將包含鈷源和碳源的乙醇前驅液與具有三維立方孔道結構的介孔二氧化硅模板混合攪拌直至溶劑揮干，以通過一步納米灌注法使所述前驅液完全灌注至所述模板的介孔孔道中從而制得前驅體/模板復合物；將所述前驅體/模板復合物進行熱處理以制得Co₃O₄/C/模板復合物；以及用強酸或強堿去除所述Co₃O₄/C/模板復合物中的模板以制得所述介孔Co₃O₄/C復合材料。?