[發明專利]一種燃料電池用鈷-氮共摻雜碳氣凝膠催化劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201810663492.0
• 申請日: 2018-06-25
• 公開（公告）號: CN109103462B
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發明（設計）人: 李柯;余罡;花仕洋;吳昊;詹東旭
• 申請（專利權）人: 武漢船用電力推進裝置研究所（中國船舶重工集團公司第七一二研究所）
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/90
• 代理公司: 武漢凌達知識產權事務所(特殊普通合伙) 42221
• 代理人: 劉念濤;宋國榮

1.一種燃料電池用鈷-氮共摻雜碳氣凝膠催化劑，其特征在于：其為核殼結構，材質構成為碳化后的Co-phen@CA，所述Co-phen@CA的殼為CA，核為Co-phen；其中，CA為高溫碳化后的碳氣凝膠，催化劑活性組分為在碳氣凝膠表面均勻分布的鈷單質及其氧化物和碳化物；其中，Co-phen的制備方法為：稱取1.503g吡啶2,6-二羧酸溶于20ml甲醇中得到A溶液；稱取1.31gCo(NO₃)·6H₂O與1.62g鄰菲羅啉溶于15ml甲醇與20ml去離子水的混合溶液中，得到B溶液；將完全溶解的A加入完全溶解的B溶液中，水熱反應12～24h，抽濾干燥，得到具有片狀結構的金屬有機骨架配合物Co-phen。

2.一種如權利要求1所述燃料電池用鈷-氮共摻雜碳氣凝膠催化劑的制備方法，其特征在于：包括如下步驟

（1），將甲醛和間苯二酚以 1:2 比例混合，以無水碳酸鈉為催化劑，加入去離子水，在惰性氣體保護下攪拌混合均勻 ，然后將混合均勻的溶液放入密封容器，陳化，得到有機氣凝膠；將有機氣凝膠酸化后全部浸泡在丙酮中，將溶劑置換后得到的有機氣凝膠進行半密封式干燥直至有機氣凝膠恒重，將得到的干燥的有機氣凝膠研磨成粉末，在惰性氣體保護下管式爐中碳化，冷卻得到黑色的碳氣凝膠粉末；

（2），稱取一定比例Co-phen和碳氣凝膠于乙二醇溶劑中，超聲攪拌使其分散均勻，加入NaOH溶液調節pH為7～10，攪拌12～24h，過濾干燥，完成Co-phen@CA的合成；

（3），將步驟（2）所得混合物置于瓷舟中，在N₂氛圍下，利用管式爐對其高溫處理，得到燃料電池用鈷-氮共摻雜碳氣凝膠催化劑。

3.根據權利要求2所述的一種燃料電池用鈷-氮共摻雜碳氣凝膠催化劑的制備方法，其特征在于，所述的Co-phen與碳氣凝膠質量比為1:10～5:10。

4.根據權利要求2所述的一種燃料電池用鈷-氮共摻雜碳氣凝膠催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟2）中乙二醇溶劑體積為20～60ml，碳氣凝膠質量為1g，Co-phen的質量為0.1g-0.5g，NaOH溶液濃度為0.5～5 mol/L。

5.根據權利要求2所述的一種燃料電池用鈷-氮共摻雜碳氣凝膠催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟1）中的陳化是在 80℃環境中存放3天。

6.根據權利要求2所述的一種燃料電池用鈷-氮共摻雜碳氣凝膠催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟1）中的酸化是在3%的乙酸溶液中浸泡1天。

7.根據權利要求2所述的一種燃料電池用鈷-氮共摻雜碳氣凝膠催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟1）中的碳化是程序升溫到 250℃維持 2h，程序升溫到 400℃維持1h，然后程序升溫到 1000℃保持4h。