[發明專利]鈷氮硫共摻雜碳氣凝膠雙功能氧催化劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201710585199.2
• 申請日: 2017-07-18
• 公開（公告）號: CN107308977B
• 公開（公告）日: 2019-11-12
• 發明（設計）人: 詹天榮;王志偉;丁桂艷
• 申請（專利權）人: 青島科技大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;C25B11/06;H01M4/86;H01M4/90;H01M4/88
• 代理公司: 青島中天匯智知識產權代理有限公司 37241
• 代理人: 郝團代

1.一種鈷氮硫共摻雜碳氣凝膠雙功能氧催化劑，其特征在于所述催化劑是以海洋多糖海藻酸鈉為碳源，在水熱條件下，先將二價鈷鹽、多巴胺和硫醇與海藻酸鈉充分復合，制備多巴胺/硫醇/鈷-海藻酸鈉水凝膠，冰箱中冷卻后冷凍干燥得多巴胺/硫醇/鈷-海藻酸鈉氣凝膠，然后將其高溫煅燒后得到鈷氮硫共摻雜碳氣凝膠雙功能氧催化劑，所述海藻酸鈉記為SA，鈷氮硫共摻雜碳氣凝膠記為Co/NSPC；

所述鈷氮硫共摻雜碳氣凝膠雙功能氧催化劑的制備方法，其特征在于包括以下具體步驟：

(a)多巴胺/硫醇/Co-SA氣凝膠的制備

將一定量SA分散于200mL去離子水中，80℃加熱攪拌8h使其完全溶解，配制濃度為40～70mg/mL的SA溶液；將2.5g六水合氯化鈷配制成濃度為0.02mol/L的水溶液，攪拌過程中緩慢滴加到SA溶液中，繼續攪拌4h后于4000rpm離心10min，收集沉淀重新分散于200mL去離子水中，加入0.6g多巴胺和40mL硫醇后攪拌溶解，轉入水熱反應釜中，100℃水熱反應2h，反應液離心分離洗滌后靜置得到多巴胺/硫醇/Co-SA水凝膠，將其放入冰箱零下20℃冷凍后再冷凍干燥36h，得多巴胺/硫醇/Co-SA氣凝膠；

(b)Co/NSPC氣凝膠雙功能氧催化劑的制備

將步驟(a)中所得的多巴胺/硫醇/Co-SA氣凝膠放在瓷舟中，在氮氣氛圍下以5℃/min的速率于管式爐中加熱，先升高到200℃加熱1h，再加熱到700～900℃煅燒2～6h，得到所述的Co/NSPC柱狀氣凝膠雙功能氧催化劑；

所述催化劑中的碳來源于自然界含量豐富的海洋多糖SA，氮來源于多巴胺，硫來源于硫醇，鈷活性種類以Co單質、CoO和Co₃O₄的形式存在，鈷活性種類的粒徑為30～130nm，摻雜在孔狀碳材料中的氮原子主要以吡咯型氮和石墨化氮存在；摻雜的硫主要以噻吩硫的形式存在；該柱狀多孔氣凝膠催化劑的平均孔徑為2～4nm，比表面積在126.8～138.3m²/g。

2.根據權利要求1所述的一種鈷氮硫共摻雜碳氣凝膠雙功能氧催化劑，其特征在于所述催化劑用于堿性電解水陽極析氧反應和燃料電池陰極氧還原反應。