[發明專利]一種含鈷和鎳的多孔碳復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201810185840.8
• 申請日: 2018-03-07
• 公開（公告）號: CN108417845A
• 公開（公告）日: 2018-08-17
• 發明（設計）人: 韓生;陳靜;韋煥明;藺華林;陳海軍;薛原;邱豐;余焓;李原婷
• 申請（專利權）人: 上海應用技術大學
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/90;H01G11/30;H01G11/32
• 代理公司: 上海精晟知識產權代理有限公司 31253
• 代理人: 楊軍

本發明公開了一種含鈷和鎳的多孔碳復合材料及其制備方法。本發明的方法具體步驟如下：(1)首先將碳源與含鈷化合物以及含鎳化合物按比例溶于水中攪拌，然后減壓蒸餾、真空干燥箱干燥，得到前驅體；(2)將前驅體在惰性氣氛下，600℃?900℃的溫度下進行高溫炭化；(3)將炭化后樣品依次用水洗滌、干燥，得到含鈷和鎳的多孔碳復合材料。本發明制備方法簡單，環境友好、便于大規模生產。本發明制備的含金屬多孔碳復合材料含有合適比例的金屬元素含量，高的比表面積和均一的孔徑分布，在工業催化、電化學儲能等領域具有良好的應用前景。

技術領域

本發明屬于無機納米材料和電化學技術領域，涉及一種含鈷和鎳的多孔碳復合材料及其制備方法。

背景技術

多孔碳材料由于具有的獨特性質，合成原料豐富且容易獲取，因此在現代科學中存在普遍的應用。多孔碳材料是指以碳作為基本骨架，并具有不同孔隙結構的一類材料。多孔碳材料具有化學穩定性高、耐酸堿、耐高溫、導電、導熱等一系列特點，這類材料通常具有發達的孔隙、高的比表面積、高的化學穩定性、優良的耐熱、耐酸堿及獨特的電子傳導性質，是現代工業中不可缺少的重要材料之一，廣泛應用于電極材料(如燃料電池、超級電容器等)、吸附材料、儲能材料和催化劑載體等。

近年來，為了進一步改善多孔碳材料在這些方面的應用，通常將雜原子或含雜原子的基團摻雜到多孔碳材料的表面或結構中，使多孔碳材料的各方面的性能得到改進和提高。金屬元素的高活性、良好的催化性能引起了人們的注意。如鉑基催化劑，在電化學和氧還原工業催化中已得到廣泛應用，但其成本昂貴、催化效率低、穩定性差等原因，致使研究和開發低貴金屬催化劑應用成為相關領域新的發展方向。近年來，金屬活性物質材料的研究逐漸取得了較大進展，主要為Fe、Co等金屬元素的復合材料。目前，用于金屬多孔碳復合材料合成的方法有很多，包括模板法、高溫煅燒法、化學氣相沉積法、水熱合成法等，其中高溫煅燒法方便快捷。盡管通過低貴金屬和碳材料復合可得到較為理想的催化活性材料，但也存在著很多的問題，如制備過程能耗大，催化活性低于全貴金屬材料。

因此，如何簡單且有效地制備出性能良好的金屬多孔碳復合材料是目前仍需努力解決的問題。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明的目的是提供一種環境友好、制備方法簡單，便于大規模生產，活性高的含鈷和鎳的多孔碳復合材料及其制備方法。其用于工業催化，具有較高的催化活性和較長的使用壽命。在電化學應用方面，為充放電過程提供更多的活性位點，大大優化電化學性能。

本發明的技術方案具體介紹如下。

本發明提供一種含鈷和鎳的多孔碳復合材料的制備方法，具體步驟如下：

(1)首先將碳源與含鈷化合物以及含鎳化合物按比例溶于水中攪拌，然后減壓蒸餾除去體系中水份、真空干燥箱干燥，得到前驅體；

(2)將前驅體在惰性氣氛下，600℃-900℃的溫度下進行高溫炭化；

(3)將炭化后樣品依次用水洗滌、干燥，得到含鈷和鎳的多孔碳復合材料。

上述步驟(1)中，含鈷化合物、含鎳化合物以及碳源的質量比為1:1：(1～4)。

上述步驟(1)中，碳源為聚乙烯吡咯烷酮，含鈷化合物為六水合氯化鈷，含鎳化合物為六水合氯化鎳。

上述步驟(1)中，攪拌時間為6～8小時，使其充分混合，離子間發生交聯作用。

上述步驟(2)中，惰性氣體為氮氣或氬氣，炭化時間為3-6小時。

上述步驟(3)中，炭化后樣品用水洗滌，以除去無機鹽等雜質。

本發明還提供一種上述的制備方法得到的含鈷和鎳的多孔碳復合材料。優選的，其比表面積在203-243.7m²/g之間，材料中的鈷、鎳的質量含量分別為2.3～5.1％。