[發(fā)明專利]一種多孔碳納米復(fù)合材料催化劑的制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710791400.2
• 申請(qǐng)日: 2017-09-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107435155B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李樹(shù)生
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 濟(jì)南大學(xué)
• 主分類號(hào): C25B11/06
• 分類號(hào): C25B11/06;C25B1/04
• 代理公司: 濟(jì)南譽(yù)豐專利代理事務(wù)所(普通合伙企業(yè)) 37240
• 代理人: 高強(qiáng)

本發(fā)明公開(kāi)了一種多孔碳納米復(fù)合材料催化劑的制備方法，屬于納米材料、高分子聚合物與催化劑技術(shù)領(lǐng)域。采用聚合?浸漬?熱解?浸漬方法，制備碳@Fe₂O₃@Co(Ⅱ)納米復(fù)合材料催化劑。該催化劑制備所用原料成本低，制備工藝簡(jiǎn)單，反應(yīng)能耗低，具有工業(yè)應(yīng)用前景。該催化劑用于催化電解水析氧，具有良好的析氧電催化活性與電化學(xué)穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種多孔碳納米復(fù)合材料催化劑的制備方法和應(yīng)用，屬于納米材料、高分子聚合物與電催化技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和科技的不斷進(jìn)步，能源和環(huán)境在社會(huì)發(fā)展中具有非常重要的作用。在過(guò)去50年中，大量研究者致力于研究、開(kāi)發(fā)高效、經(jīng)濟(jì)、可再生可持續(xù)的能源。為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，尋找和開(kāi)發(fā)綠色能源和高效能源設(shè)備迫在眉睫。值得注意的是，氫能被認(rèn)為是最為清潔的、高效的能源，獲得氫能可以通過(guò)自然空氣的分離、化石能源的裂解分離或部分氧化、光催化分解、生物質(zhì)發(fā)酵轉(zhuǎn)化、電解水；其中，電催化水解制氫和制氧引起了全球科學(xué)家們的廣泛關(guān)注，而且電解水被認(rèn)為是最具前景的生產(chǎn)氫能的方法之一。

電解水是應(yīng)用電能把液態(tài)水分解為氧氣(O₂)和氫氣(H₂)的現(xiàn)象。由于電解水的半反應(yīng)(析氧半反應(yīng))需要較大的過(guò)電位才能發(fā)生，大大增加了制氫的能耗，因此，開(kāi)發(fā)高效催化析氧反應(yīng)的催化劑對(duì)于制氫技術(shù)的提高十分必要，同時(shí)在氫能源、氯堿工業(yè)和太陽(yáng)能的使用方面都非常有意義。

金屬Co(II)正離子及其聚合物在堿性介質(zhì)中具有較低的過(guò)電位，不僅成本低、而且穩(wěn)定性良好，抗腐蝕性能也比較強(qiáng)。

聚脲(polyurea)是由二元或多元異氰酸酯與胺或水反應(yīng)生成的一種分子鏈中含-NH-CO-NH-(脲基)鏈節(jié)的有機(jī)聚合物。因其分子鏈中富含活性胺基(NH₂)、脲基，其具有孤對(duì)電子的胺基N原子，使得聚脲幾乎能與所有金屬離子形成穩(wěn)定配合物。而聚脲經(jīng)過(guò)熱解后形成的納米聚合物，因其納米范疇的維度，更能呈現(xiàn)出宏觀材料所不能比擬的特性。迄今為止，基于聚脲高分子聚合物電催化析氧的開(kāi)發(fā)報(bào)道極少。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)任務(wù)之一是為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種多孔碳納米復(fù)合材料催化劑的其制備方法，該方法所用原料成本低，合成工藝簡(jiǎn)單，反應(yīng)能耗低，具有廣泛的應(yīng)用前景。

本發(fā)明的技術(shù)任務(wù)之二是提供多孔碳納米復(fù)合材料催化劑的用途，該催化劑用于電化學(xué)催化析氧，具有良好的析氧電催化活性與電化學(xué)穩(wěn)定性。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

1.一種多孔碳納米復(fù)合材料催化劑的制備方法

(1)將0.40-0.80g的硝酸鐵溶解在4-8mL乙醇中，加入0.20-0.40g聚苯脲粉末PU，攪拌均勻后，于120W超聲12-15min后，浸漬過(guò)夜，60℃干燥，制得多孔Fe(III)-聚苯脲配位聚合物材料；

(2)將多孔Fe(III)-聚苯脲配位聚合物材料置于管式爐中，空氣氛下，升溫速率為3-5℃/min，加熱至300-500℃，保溫1.5-2.5h，然后，以2℃/min降溫速率冷卻到室溫，制得多孔碳@Fe₂O₃納米復(fù)合材料；

(3)將0.60-1.20g的硝酸鈷溶解在4-8mL乙醇中，加入0.10-0.50g多孔碳@Fe₂O₃納米復(fù)合材料，于120W超聲12-15min后，浸漬過(guò)夜，60℃干燥，制得多孔碳@Fe₂O₃@Co(Ⅱ)納米復(fù)合材料，即多孔碳納米復(fù)合材料催化劑。

步驟(1)中所述聚苯脲粉末PU，其構(gòu)造式如下：

步驟(1)中所述聚苯脲粉末PU，制備步驟如下：