[發明專利]碳基六方密堆積相鈷的納米復合材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202011055652.7
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN114425339B
• 公開（公告）日: 2023-07-11
• 發明（設計）人: 吳耿煌;榮峻峰;宗明生;謝婧新;于鵬;林偉國;紀洪波
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司石油化工科學研究院
• 主分類號: B01J23/75
• 分類號: B01J23/75;B01J21/18;B01J37/08;B82Y30/00;B82Y40/00;C10G2/00;C07C209/36;C07C211/46
• 代理公司: 隆天知識產權代理有限公司 72003
• 代理人: 張福根;鄭特強

本發明提供一種碳基六方密堆積相鈷的納米復合材料及其制備方法和應用，該納米復合材料包括碳基質及負載于碳基質上的六方密堆積相鈷納米顆粒，其中，碳基質摻雜氫和氧，納米復合材料的C1s?X射線光電子能譜中，在287eV～290eV的結合能范圍存在譜峰。該納米復合材料具有優異的催化性能，可應用于費托合成反應、催化加氫反應、電催化反應等反應中，具有良好的催化效果。且納米復合材料的制備工藝簡單、成本低、綠色環保，適用于大規模工業化生產，具有良好的應用前景。

技術領域

本發明涉及復合材料技術領域，具體涉及一種碳基六方密堆積相鈷的納米復合材料及其制備方法和應用。

背景技術

對于過渡金屬納米材料而言，金屬納米材料的催化活性與晶體結構有緊密關系。如金屬鈷(Co)主要以六方密堆積(hcp)相和面心立方(fcc)相兩種晶型存在。研究表明hcp-Co在費托合成、電解水產氫、電解水產氧等反應中催化活性高于常見的fcc-Co。因此理性調控金屬Co納米材料的晶體結構對于提升Co基催化劑的催化活性具有重要意義。

Wen等(Powder?Technology,2014,264:128-132.)以CoSO₄為Co源、水合肼為還原劑、CTAB為表面活性劑、檸檬酸鈉為絡合劑，通過NaOH調節pH，運用液相還原法制備出具有納米片組裝形貌的hcp-Co。由于在制備過程中使用了易制爆的水合肼，并且CTAB易殘留在金屬納米材料表面，因此發展更為綠色、高效的制備方法是十分必要的。Li等則(AppliedCatalysis?B:Environmental,2020,266:118621)采用水熱法制備Co₃[Co(CN)₆]₂前驅體，隨后在500℃熱解前驅體制備N摻雜碳包覆hcp-Co納米復合材料。該方法在前驅體制備過程中同樣使用表面活性劑，并且Co₃[Co(CN)₆]₂產率有限。

可以看出，目前本領域仍缺少一種綠色、簡易、低成本的制備碳基hcp-Co納米復合材料的制備方法，這也是本領域的一個難點。

需注意的是，前述背景技術部分公開的信息僅用于加強對本發明的背景理解，因此它可以包括不構成對本領域普通技術人員已知的現有技術的信息。

發明內容

本發明的一個主要目的在于克服上述現有技術的至少一種缺陷，提供一種碳基六方密堆積相鈷(hcp-Co)的納米復合材料及其制備方法和應用，以解決現有hcp-Co材料制備工藝復雜、成本高、產率有限等問題。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

本發明提供一種碳基六方密堆積相鈷的納米復合材料，包括碳基質及負載于碳基質上的六方密堆積相鈷納米顆粒，其中，碳基質摻雜氫和氧，納米復合材料的C1s?X射線光電子能譜中，在287eV～290eV的結合能范圍存在譜峰。

根據本發明的一個實施方式，納米復合材料于2θ度數(°)表示的X射線衍射特征峰包括：41.62±0.10、44.55±0.20、47.46±0.10、75.92±0.16。

根據本發明的一個實施方式，以納米復合材料的總質量為基準，碳含量為15％～40％，氧含量為7％～24％，氫含量為1％～4％，鈷含量為40％～75％。

根據本發明的一個實施方式，六方密堆積相鈷納米顆粒的平均粒徑為15nm～100nm，優選為20nm～80nm。

本發明還提供上述納米復合材料的制備方法，包括步驟如下：將鈷源、不含氮的有機羧酸和堿金屬鹽混合，制備前驅體；及在惰性氣氛下，前驅體于350℃～500℃下進行熱解，得到所述納米復合材料。

根據本發明的一個實施方式，熱解的溫度優選為380℃～480℃。