[發明專利]一種氮摻雜碳納米陣列/鐵酸鈷材料

在審

• 申請號: 201810010066.7
• 申請日: 2018-01-05
• 公開（公告）號: CN108183228A
• 公開（公告）日: 2018-06-19
• 發明（設計）人: 趙振路;周欣俞;蔣彤;王建榮;楊萍
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/525;H01M4/62
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所 37218
• 代理人: 李桂存

本發明提供了一種氮摻雜碳納米陣列/鐵酸鈷材料，通過聚苯胺?鐵鈷金屬有機骨架煅燒獲得，納米材料為雙氧化物、比表面積大、催化位點多，催化效率更高；本發明通過金屬有機骨架與各種金屬離子的良好相容性使得其容易合成均勻的多金屬尖晶石，以此使雙金屬氧化物和導電聚合物相結合，可以使不同類型電極材料之間優勢相互結合，同時聚苯胺通過煅燒能夠形成摻雜氮的碳，進一步提高了導電性，解決鐵鈷氧化物導電性差、穩定性差的缺陷。

技術領域

本發明屬于電極材料制備領域，涉及一種鐵酸鈷負載于氮摻雜碳納米陣列材料。

背景技術

在新能源技術中（例如金屬-空氣電池、燃料電池和分解水），氧氣和水之間的電催化轉化是非常關鍵的步驟。目前，鉑及鉑的復合材料被認為是用于氧還原反應(ORR)的最佳催化劑，而釕和銥的氧化物是析氧反應(OER)的最佳催化劑。然而，這些材料成本高并且耐久性差，很難廣泛應用。因此，目前研究集中于過渡金屬氧化物作為OER的催化劑。鐵氧體MFe₂O₄（M = Co，Ni，Cu等）有諸多優點，如：低成本、高豐度、低毒性等優點，但在電化學過程中導電性差，限制了其催化活性和穩定性，故需尋找克服其導電性差的問題的方法。

發明內容

針對目前鐵氧體導電性能差的問題，本發明提供一種基于鐵鈷聚苯胺陣列的納米材料，催化效率更高、導電性更好。

本發明還提供了一種上述電極材料的制備方法。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案。

一種氮摻雜碳納米陣列/鐵酸鈷（N-C@CoFe₂O₄）材料，通過聚苯胺-鐵鈷金屬有機骨架（PANI-Fe/Co MOF）在保護氣體下煅燒獲得。

所述煅燒溫度為300-500℃，優選為400℃；煅燒時間優選為2-4h。

所述保護氣體選自氮氣或惰性氣體，如氦氣、氬氣。

所述鐵鈷-聚苯胺的金屬有機骨架，采用以下方法制備：

（1）碳紙酸洗后漂洗、烘干；

所述酸為硝酸。所述酸的濃度為1mol/L。

酸洗溫度為60-90℃。

（2）在步驟（1）獲得的碳紙表面，以高氯酸與苯胺為原料電沉積制備聚苯胺納米陣列（N-CNAs），然后漂洗、烘干；

所述高氯酸與苯胺的摩爾比為10:1。

電沉積中電流為0.15mA/cm²，沉積時間為5400s。

（3）水熱法在步驟（2）獲得的碳紙表面，以鐵鹽、鈷鹽及DOBDC（2,5-二氧-1,4-苯二羧酸）制備聚苯胺-鐵鈷金屬有機骨架。

所述鐵鹽優選為亞鐵鹽，選自四水合氯化亞鐵。

所述鈷鹽選自六水合硝酸鈷。

所述鐵離子、鈷離子與DOBDC的摩爾比為56:29:25。

所述水熱溫度為120℃，反應時間為24h。

一種上述氮摻雜碳納米陣列/鐵酸鈷材料在制備析氧反應電極中的應用。

一種上述氮摻雜碳納米陣列/鐵酸鈷材料在電池電極和分解水中的應用。

本發明具有以下優點：