[發明專利]一種鈷酸鎳空心球/氮化碳量子點復合材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201810333614.X
• 申請日: 2018-04-13
• 公開（公告）號: CN108615904B
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 李澤勝;楊蓉蓉;何偉培;孫倩倩;李泊林
• 申請（專利權）人: 廣東石油化工學院
• 主分類號: H01M4/90
• 分類號: H01M4/90
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 單香杰

本發明涉及一種鈷酸鎳空心球/氮化碳量子點復合材料及其制備方法和應用。所述復合材料由摩爾質量比為1mmol:0.4~1.2g的鈷酸鎳NiCo₂O₄空心球和碳化氮g?C₃N₄量子點制成，所述g?C₃N₄量子點沉積在所述NiCo₂O₄空心球上。本發明提供的復合材料中，氮化碳量子點為小尺寸的納米結構，材料利用率高；鈷酸鎳空心球具備存儲電解液的功能；鈷酸鎳空心球和氮化碳量子點形成面?點結構分布，電子/離子導電較高，電化學催化性能優異，可廣泛應用于電化學催化領域。

技術領域

本發明屬于電化學領域，具體涉及一種鈷酸鎳空心球/氮化碳量子點復合材料及其制備方法和應用。

背景技術

目前，鈷酸鎳（NiCo₂O₄）被證明是一種可以應用于電解水制氫、氧氣還原、甲醇氧化的新型高效電催化材料。NiCo₂O₄是Ni原子取代Co₃O₄中的Co原子而得到的一種復合雙金屬氧化物，其具有與主體Co₃O₄相同的尖晶石結構，由于具有比純Co₃O₄和NiO高出兩個數量級的電導率，所以具有更好的電子傳導能力和較高的電化學活性。特別通過各種可控技術制備的NiCo₂O₄納米結構表現出較高的催化活性，較低的過電位，更高的穩定性。其中，NiCo₂O₄空心球納米結構具有較大的比表面積、豐富的活性位點、較高的離子內部運輸效率及良好的幾何結構穩定性，因此在電化學領域備受關注。

石墨相氮化碳（g-C₃N₄）作為一種具有類石墨結構的穩定化合物，具有價格低廉、熱穩定性和化學穩定性好、光電化學性能優異等優點，目前已經在許多方面得到了應用。例如，在光催化領域，g-C₃N₄主要應用于光催化分解水制氫、光催化降解有機污染物、光催化有機合成等。此外，在電化學化領域，g-C₃N₄還可以應用于電催化以及電化學能量存儲等。已有研究證明，作為新型電催化材料，由于其獨特的含氮結構，g-C₃N₄在氧氣還原反應中具有極高的催化活性。而且，因其有大量的孤對電子，g-C₃N₄對極性分子如水和甲醇良好的吸附性，也許該材料對水的電解、氧氣的還原、甲醇的裂解會有相當程度的催化作用。然而，由于常規g-C₃N₄塊體材料的比表面積不夠大、電子導電能力極差等原因，在電催化實際應用中效果并不理想。因此，發展具有高比表面積和高電子導電能力的g-C₃N₄材料，是目前促進該新型催化材料在電化學領域應用的必由之路。

從材料科學角度看，開發“納米結構”無疑是提升催化活力的一種較直接生效的途徑。因為納米結構能賦予材料更高的比表面積，提供更多的吸附位點和反應位點，從而有利于催化性能的提高。盡管各種各樣的g-C₃N₄“納米結構”目前已有較多的報道，但是國內外有關“g-C₃N₄量子點”方面的研究工作仍然是非常罕見。從催化科學角度，“復合結構”實為構建高性能催化劑的一種較廣泛實用的策略。特別是將高比表面積的g-C₃N₄量子點負載于導電載體形成復合結構，例如g-C₃N₄量子點/石墨烯復合材料（CN201610451199.9），能夠顯著地提高g-C₃N₄材料電子導電能力和催化性能。然而，單純的石墨烯材料其本身往往沒有的催化活性，在復合物中僅僅充當導電載體作用，這樣的復合物其整體的催化性能有待進一步提高。