[發(fā)明專(zhuān)利]一種氮摻雜石墨烯負(fù)載鈷原子及其制備方法和應(yīng)用在審
| 申請(qǐng)?zhí)枺?/td> | 201810435517.1 | 申請(qǐng)日： | 2018-05-09 |
| 公開(kāi)（公告）號(hào)： | CN108615905A | 公開(kāi)（公告）日： | 2018-10-02 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 麥立強(qiáng);劉浩云;周亮 | 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人： | 武漢理工大學(xué) |
| 主分類(lèi)號(hào)： | H01M4/90 | 分類(lèi)號(hào)： | H01M4/90;H01M4/88;H01M12/06 |
| 代理公司： | 湖北武漢永嘉專(zhuān)利代理有限公司 42102 | 代理人： | 崔友明 |
| 地址： | 430070 湖*** | 國(guó)省代碼： | 湖北;42 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 氮摻雜石墨烯 鈷原子 制備方法和應(yīng)用 氧化石墨烯溶液 氨氣 正極活性材料 材料催化 合成工藝 環(huán)境友好 可重復(fù)性 電催化 氧還原 密閉 稱(chēng)取 水中 煅燒 離子 | ||
本發(fā)明涉及一種氮摻雜石墨烯負(fù)載鈷原子及其制備方法和應(yīng)用，包括有以下步驟：1)按一定比例稱(chēng)取0.01?0.9mmol C4H6CoO4·4H2O粉末充分溶于30mL的去離子水中；2)取5mL步驟1)所得溶液加入5mL的2.0mg/mL的氧化石墨烯溶液中，攪拌均勻；3)將步驟2)所得產(chǎn)物冷凍干燥；4)將步驟3)所得產(chǎn)物持續(xù)通氨氣密閉煅燒，所得產(chǎn)物即為氮摻雜石墨烯負(fù)載鈷原子。本發(fā)明的有益效果是：該種材料作為電催化氧還原的正極活性材料時(shí)，該材料的合成工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、環(huán)境友好、可重復(fù)性極高，所得材料催化性能優(yōu)異，易于擴(kuò)大化工業(yè)化生產(chǎn)，非常有利于市場(chǎng)化推廣。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于納米材料與電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氮摻雜石墨烯負(fù)載鈷原子及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)
隨著全球經(jīng)濟(jì)以及人口的快速增長(zhǎng)，環(huán)境污染和化石能源的過(guò)度消耗使得人們對(duì)綠色能源的需求與日俱增。新能源汽車(chē)與便攜式設(shè)備的發(fā)展迫切需要開(kāi)發(fā)高比能、高安全的新型綠色電源。金屬空氣電池具有高比能，高安全性和綠色環(huán)保等優(yōu)勢(shì)是極具發(fā)展前景的下一代高效電源。空氣正極的高效電催化劑設(shè)計(jì)與制備是金屬空氣電極發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題之一。近年來(lái)隨著研究的不斷深入，氮摻雜的碳材料負(fù)載過(guò)渡金屬的材料獲得了廣泛的研究。新型的高催化活性、高穩(wěn)定性的材料不斷出現(xiàn)。從研究角度上看，M-N-C材料本身具有一定的ORR催化性能，氮摻雜的石墨烯的催化性能也很強(qiáng)，兩者結(jié)合起來(lái)具有媲美貴金屬鉑的催化性能。且碳材料具有較高的導(dǎo)電性能也能增強(qiáng)材料的起始電位。因此，作為氧還原電極催化材料時(shí)表現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢(shì)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、環(huán)境友好，而且電催化氧還原性能優(yōu)異的氮摻雜石墨烯負(fù)載鈷原子材料及其制備方法。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種氮摻雜石墨烯負(fù)載鈷原子的制備方法，包括有以下步驟：
1)按一定比例稱(chēng)取0.01-0.9mmol C4H6CoO4·4H2O粉末充分溶于30mL的去離子水中；
2)取5mL步驟1)所得溶液加入5mL的2.0mg/mL的氧化石墨烯溶液中，攪拌均勻；
3)將步驟2)所得產(chǎn)物冷凍干燥；
4)將步驟3)所得產(chǎn)物持續(xù)通氨氣密閉煅燒，所得產(chǎn)物即為氮摻雜石墨烯負(fù)載鈷原子。
按上述方案，步驟1)所述的C4H6CoO4·4H2O所取的物質(zhì)的量為0.03-0.6mmol。
按上述方案，步驟4)所述的煅燒溫度為300-400℃。
按上述方案，步驟4)所述的煅燒時(shí)間為1-3小時(shí)，升溫速率為2-10℃/min。
采用上述任意制備方法所得的氮摻雜石墨烯負(fù)載鈷原子。
所述的氮摻雜石墨烯負(fù)載鈷原子作為電催化氧還原反應(yīng)的正極材料應(yīng)用。
本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明利用氧化石墨烯作為載體，加入過(guò)渡金屬鈷原子，通過(guò)冷凍干燥固定材料形貌，通入氨氣并煅燒得到不同鈷含量的氮摻雜石墨烯負(fù)載鈷原子材料。該種材料作為電催化氧還原的正極活性材料時(shí)，該材料的合成工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、環(huán)境友好、可重復(fù)性極高，所得材料催化性能優(yōu)異，易于擴(kuò)大化工業(yè)化生產(chǎn)，非常有利于市場(chǎng)化推廣。
附圖說(shuō)明
圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的氮摻雜石墨烯負(fù)載鈷原子的合成示意圖；
圖2是本發(fā)明實(shí)施例1的氮摻雜石墨烯負(fù)載鈷原子的掃描和透射電鏡圖；
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