[發(fā)明專利]一種具有優(yōu)異電催化氧還原性能的金屬Co負(fù)載的N摻雜三維多孔碳材料的合成方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710509294.4
• 申請日: 2017-06-28
• 公開（公告）號: CN107516741B
• 公開（公告）日: 2020-03-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 莊桂林;王建國;周祥
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H01M4/90
• 分類號: H01M4/90;H01M4/96;B82Y30/00
• 代理公司: 杭州浙科專利事務(wù)所(普通合伙) 33213
• 代理人: 周紅芳

本發(fā)明公開了一種合成具有優(yōu)異電催化氧還原性能的金屬Co負(fù)載的N摻雜三維多孔碳材料的方法。其制備方法如下：將ZIF?67和[VEIm][BF-4]溶解在無水N,N?二甲基甲酰胺溶液中，超聲分散均勻后；加入2,2’?偶氮雙，繼續(xù)超聲；油浴中，持續(xù)攪拌后停止反應(yīng)；倒進(jìn)丙酮溶液中，通過離心、抽濾得到沉淀物，干燥、研磨得到粉末產(chǎn)物；在管式爐內(nèi)焙燒得到黑色粉末產(chǎn)品；用稀硫酸處理后得到Co負(fù)載的N摻雜三維多孔碳材料；本發(fā)明的有益效果是，以金屬Co作為金屬源，其地球儲量豐富，價格低廉；材料制備過程中，原料利用率高，環(huán)境友好；所得材料電催化氧還原性能好，循環(huán)穩(wěn)定性優(yōu)良，甲醇抗毒性穩(wěn)定，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，有很廣的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及屬于無機(jī)納米材料及電化學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種具有優(yōu)異電催化氧還原性能的金屬Co負(fù)載的N摻雜三維多孔碳材料的合成方法。

背景技術(shù)

燃料電池是一種直接將貯存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能等溫、高效、環(huán)境友好地轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。由于其較高的能量轉(zhuǎn)換效率、低污染、低噪音、高連續(xù)性和可靠性等優(yōu)點，已經(jīng)被看成最為環(huán)保可靠的發(fā)電裝置。但是由于其成本較高、技術(shù)不成熟，產(chǎn)業(yè)化困難。陰極氧還原反應(yīng)是燃料電池中重要的一部分， 商業(yè)上陰極氧還原催化劑主要用的是Pt及Pt合金，但是，價格比較昂貴，容易中毒，開發(fā)價格低廉性能可靠的替代品已迫在眉睫。

過渡金屬負(fù)載的摻雜多孔碳材料們具有質(zhì)量輕、韌性高、穩(wěn)定性好、無毒、吸附能力好、易于加工以等優(yōu)良性能，有潛在替代商業(yè)鉑碳的可能性， 過渡金屬（Fe、Co、Ni……）負(fù)載的雜原子摻雜多孔炭材料因其地球儲量豐富，性能優(yōu)異而受到廣泛關(guān)注。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明的目的在于提供了操作簡單，價格低廉，產(chǎn)物收率高，具有較大的經(jīng)濟(jì)和實用價值的一種具有優(yōu)異電催化氧還原性能的金屬Co負(fù)載的N摻雜三維多孔碳材料的合成方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種具有優(yōu)異電催化氧還原性能的Co負(fù)載的N摻雜三維多孔碳材料的合成方法，其特征在于，以ZIF-67和[VEIm][BF4]為原料，并按質(zhì)量分?jǐn)?shù)配比，包括如下步驟：

1）將200份ZIF-67和2000份[VEIm][BF4]溶解在30份無水N,N-二甲基甲酰胺溶液中，超聲分散均勻后；加入10份2,2’-偶氮雙（異丁腈），繼續(xù)超聲5-30分鐘；向上述溶液中通10-60分鐘氮?dú)猓粚⒌玫降娜芤好芊夂螅D(zhuǎn)入40-80℃油浴中，持續(xù)攪拌1-8小時后停止反應(yīng)。

2）將步驟1）中的溶液倒進(jìn)300份丙酮溶液中，通過離心、抽濾得到沉淀物，將此沉淀物置于真空干燥箱中，干燥完成后，研磨得到粉末產(chǎn)物；

3）將步驟2）中的粉末產(chǎn)物放入石英舟中，在管式爐內(nèi)，氮?dú)鈿夥障拢?-6℃/min的升溫速率升溫至600-900℃，并維持該溫度1-5小時，得到黑色粉末產(chǎn)品；

4）將步驟2）中的黑色粉末產(chǎn)品用稀硫酸處理后，分別用去離子水和無水乙醇洗滌后，將產(chǎn)品置于真空干燥箱內(nèi)干燥得到Co負(fù)載的N摻雜三維多孔碳材料。

所述一種具有優(yōu)異電催化氧還原性能的Co負(fù)載的N摻雜三維多孔碳材料的合成方法，其特征在于，所述步驟1）中超聲時間為10分鐘，通氮?dú)鈺r間為30分鐘，油浴溫度為65℃，攪拌時間為4小時。

所述一種具有優(yōu)異電催化氧還原性能的Co負(fù)載的N摻雜三維多孔碳材料的合成方法，其特征在于，所述步驟2）中真空干燥溫度為60℃，干燥時間為12小時。

所述的一種具有優(yōu)異電催化氧還原性能的Co負(fù)載的N摻雜三維多孔碳材料的合成方法，其特征在于，所述步驟3）中管式爐內(nèi)升溫速率為5℃/min，溫度為600℃，并維持該溫度3小時。