[發(fā)明專利]一種P摻雜CuMnCoO4/N-CNs復(fù)合材料的制備方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202011298147.5
• 申請日: 2020-11-18
• 公開（公告）號: CN112421057A
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳秋梅
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江倪阮新材料有限公司
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M4/90
• 代理公司: 杭州研基專利代理事務(wù)所(普通合伙) 33389
• 代理人: 祁文鵬

本發(fā)明公開了一種P摻雜CuMnCoO₄/N?CNs復(fù)合材料的制備方法，包括下述步驟：首先將蝦殼干燥、研磨、水熱后得到氮摻雜碳量子點(N?CNs)，之后將Cu鹽、Mn鹽、Co鹽溶于去離子水中，加入N?CNs和磷酸二氫銨，水熱、煅燒后得到P摻雜CuMnCoO₄/N?CNs復(fù)合材料，制備的P摻雜CuMnCoO₄/N?CNs復(fù)合材料應(yīng)用于電催化氧氣還原反應(yīng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電催化領(lǐng)域，具體來說是一種P摻雜CuMnCoO4/N-CNs復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)

在經(jīng)濟全球化的大背景下，日益加劇的能源匱乏與化石燃料消耗所引起的境污染問題，己然變成阻礙人類與自然和諧發(fā)展的巨大障礙。要在滿足人類對能源與產(chǎn)品需求日益增加的基礎(chǔ)上，減少對CO₂與污染物的排放，開發(fā)可持續(xù)、無需化石能源的途徑，來生產(chǎn)全球重要的燃料和化學(xué)品變得至關(guān)重要。為此，人類必須改變對傳統(tǒng)的化石能源的利用與轉(zhuǎn)換體系，建立起新型的清潔能源轉(zhuǎn)換體系。

燃料電池是一種清潔能源，可滿足清潔動力能源使用的迫切需求。在燃料電池中，氧氣還原反應(yīng)(ORR)至關(guān)重要。但是，由于氧氣吸附在電極表面，O-O鍵活化/斷裂和氧化去除等導(dǎo)致的催化劑催化還原反應(yīng)動力學(xué)滯后等問題，一直限制著ORR電化學(xué)催化技術(shù)的發(fā)展，這就需要我們研究一些具有高電催化活性的催化劑來提高氧氣還原反應(yīng)的速率。

目前市場上主要的ORR催化劑是Pt基催化劑，但Pt作為貴金屬，其成本高，不利于大規(guī)模生產(chǎn)，因此開發(fā)一種非貴金屬ORR催化劑是目前的研究熱點。過渡金屬材料具有良好的導(dǎo)電性，優(yōu)良的電催化活性，可能會成為潛在的ORR催化劑，除此之外，相比貴金屬，其價格低廉，非常適合大規(guī)模生產(chǎn)。同時有很多研究表明，增加催化劑中氮元素的含量可直接提高催化劑的ORR活性，負(fù)載碳材料的性質(zhì)對催化劑的電催化活性也有影響。因此合成含氮碳的過渡金屬復(fù)合材料可能會成為優(yōu)良的ORR電催化劑。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種P摻雜CuMnCoO₄/N-CNs復(fù)合材料的制備方法，所述的P摻雜CuMnCoO₄/N-CNs復(fù)合材料包括以下原料：蝦殼、醋酸銅、醋酸鈷、醋酸錳、乙二胺、磷酸二氫銨。其制備方法有以下步驟：

(1)將蝦殼在80℃干燥5h，再將其研磨成蝦殼粉末，稱取研磨好的蝦殼粉末，置于反應(yīng)釜內(nèi)膽中，再向其中加入去離子水并攪拌均勻，將反應(yīng)釜置于烘箱中進行水熱反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，待冷卻至室溫后，所獲得的N-CNs溶液依次用0.45pm和0.22pm的微孔濾膜過濾，以去除大尺寸的蝦殼殘渣，再在14000rpm轉(zhuǎn)速下離心進一步分離大顆粒，最終得到黃色溶液的N-CNs溶液；

(2)分別稱取醋酸銅、醋酸鈷、醋酸錳分別放入三支試管中，分別加入去離子水，超聲30min使其充分溶解，然后分別加入乙二胺，形成乙二胺的金屬配合物透明溶液，將上述三種溶液移至燒杯中混合，超聲30min并攪拌1h使其分散均勻，加入步驟(1)得到的N-CNs溶液和磷酸二氫銨，將其倒入上述混合液中，繼續(xù)攪拌1h之后，再超聲1h，使之充分分散。然后將此分散混合液倒入高壓反應(yīng)釜中，密封后置于烘箱中進行水熱反應(yīng)，自然冷卻至室溫，過濾、洗滌、干燥得到黑色粉末固體；

(3)將步驟(2)得到的黑色粉末放入管式爐中，在N₂保護下煅燒，自然降溫至室溫后，研磨，即得到P摻雜CuMnCoO₄/N-CNs復(fù)合材料。

優(yōu)選的，所述步驟(1)中，加入蝦殼和去離子水的質(zhì)量體積比為1g：(10-15)ml。

優(yōu)選的，所述步驟(1)中，水熱反應(yīng)的溫度為150-200℃，反應(yīng)時間為10-20h。