[發明專利]一種氮摻雜石墨烯負載鈷原子及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201810435517.1
• 申請日: 2018-05-09
• 公開（公告）號: CN108615905A
• 公開（公告）日: 2018-10-02
• 發明（設計）人: 麥立強;劉浩云;周亮
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: H01M4/90
• 分類號: H01M4/90;H01M4/88;H01M12/06
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 崔友明

本發明涉及一種氮摻雜石墨烯負載鈷原子及其制備方法和應用，包括有以下步驟：1)按一定比例稱取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)所得產物冷凍干燥；4)將步驟3)所得產物持續通氨氣密閉煅燒，所得產物即為氮摻雜石墨烯負載鈷原子。本發明的有益效果是：該種材料作為電催化氧還原的正極活性材料時，該材料的合成工藝簡單、成本低廉、環境友好、可重復性極高，所得材料催化性能優異，易于擴大化工業化生產，非常有利于市場化推廣。

技術領域

本發明屬于納米材料與電化學技術領域，具體涉及一種氮摻雜石墨烯負載鈷原子及其制備方法和應用。

背景技術

隨著全球經濟以及人口的快速增長，環境污染和化石能源的過度消耗使得人們對綠色能源的需求與日俱增。新能源汽車與便攜式設備的發展迫切需要開發高比能、高安全的新型綠色電源。金屬空氣電池具有高比能，高安全性和綠色環保等優勢是極具發展前景的下一代高效電源。空氣正極的高效電催化劑設計與制備是金屬空氣電極發展的關鍵問題之一。近年來隨著研究的不斷深入，氮摻雜的碳材料負載過渡金屬的材料獲得了廣泛的研究。新型的高催化活性、高穩定性的材料不斷出現。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，兩者結合起來具有媲美貴金屬鉑的催化性能。且碳材料具有較高的導電性能也能增強材料的起始電位。因此，作為氧還原電極催化材料時表現出顯著的優勢。

發明內容

本發明的目的在于提供一種工藝簡單、成本低廉、環境友好，而且電催化氧還原性能優異的氮摻雜石墨烯負載鈷原子材料及其制備方法。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是：一種氮摻雜石墨烯負載鈷原子的制備方法，包括有以下步驟：

1)按一定比例稱取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)所得產物冷凍干燥；

4)將步驟3)所得產物持續通氨氣密閉煅燒，所得產物即為氮摻雜石墨烯負載鈷原子。

按上述方案，步驟1)所述的C₄H₆CoO₄·4H₂O所取的物質的量為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)所述的煅燒時間為1-3小時，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載鈷原子。

所述的氮摻雜石墨烯負載鈷原子作為電催化氧還原反應的正極材料應用。

本發明的有益效果是：本發明利用氧化石墨烯作為載體，加入過渡金屬鈷原子，通過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，該材料的合成工藝簡單、成本低廉、環境友好、可重復性極高，所得材料催化性能優異，易于擴大化工業化生產，非常有利于市場化推廣。

附圖說明

圖1是本發明實施例1的氮摻雜石墨烯負載鈷原子的合成示意圖；

圖2是本發明實施例1的氮摻雜石墨烯負載鈷原子的掃描和透射電鏡圖；