[發明專利]一種鈷基氮摻雜MOF衍生多孔碳材料的制備方法

在審

• 申請號: 202110328522.4
• 申請日: 2021-03-26
• 公開（公告）號: CN113113618A
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 康永剛;閆鵬;楊文武
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: H01M4/90
• 分類號: H01M4/90;H01M4/88
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 華金

本發明涉及一種鈷基氮摻雜MOF衍生多孔碳材料的制備方法，本方法解決了現有燃料電池催化劑存在的成本昂貴、合成方法繁瑣、穩定性差的問題。該方法是將三乙胺((C₂H₅)₃N)注入溶有氮源和鈷源的DMF溶液中，混合分散均勻得到前驅體溶液；所述前驅體溶液轉移至超聲機中，將得到的懸濁液離心得到沉淀，干燥后得前驅體；然后將前驅體經高溫碳化、酸洗、水洗得到一種鈷基氮摻雜MOF衍生多孔碳材料。

技術領域

本發明屬于電化學催化劑領域，特別涉及一種鈷基氮摻雜MOF衍生多孔碳材料的制備方法。

背景技術

能源危機和環境污染已成為全球經濟發展亟待解決的問題，而燃料電池具有清潔高效、工作溫度低、啟動速度快等優點。近六十年來，關于燃料電池的相關研究已取得很多技術上的突破，目前制約其大規模商用的主要瓶頸是大量貴金屬Pt的使用。與快速的陽極氫氣氧化反應(HOR)相比，陰極的氧氣還原反應(ORR)速率非常遲緩，為保證燃料電池的性能，需要使用大量的Pt作為催化劑，使得其成本增加。其次，Pt基催化劑的穩定性差、抗甲醇中毒能力弱。

當前通常使用鉑及其合金作為燃料電池陰極催化劑，但金屬Pt在自然界中儲量第、價格昂貴。并且，Pt/C催化劑的穩定性和對甲醇的耐受性較差，遇到甲醇易發生氧化反應產生CO等氣體，占用Pt活性位點，導致Pt/C失活，從而使得催化劑的電化學性能降低。

CN104707625A公開了一種Pt基金屬電催化劑的制備方法，其制備過程：將碳粉活化處理后，用硼氫化鈉等還原劑將Ag和Co前驅體還原沉積在碳材料上，再將鉑前驅體制成膠體后通過甲醛等還原劑將其沉積在碳材料上制得Pt-Ag-Co/C催化劑。此方法引入了硼氫化鈉、甲醇等還原劑，不僅污染環境，而且會影響Pt的活性位點。

因此，用簡單高效的方法開發穩定性好、電化學性能高的非貴金屬燃料電池陰極催化劑具有重要意義。

發明內容

本發明解決的技術問題是：為了解決現有的燃料電池催化劑存在的成本昂貴、合成方法繁瑣、穩定性差、電化學性能不高的缺陷，本發明提出一種鈷基氮摻雜MOF衍生多孔碳材料的制備方法。

本發明的技術方案是：一種鈷基氮摻雜MOF衍生多孔碳材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟1：制備前驅體，包括以下子步驟：

步驟1.1：將氮源、鈷源溶解于DMF溶液中，攪拌均勻后注入三乙胺，得到前驅液；所述氮源、鈷源、DMF和三乙胺的質量比為0.46:0.46:10:0.19；

步驟1.2：將前驅液依次進行超聲、離心、沉淀、干燥，得到前驅體；

步驟2：制備鈷基氮摻雜MOF衍生多孔碳材料，包括以下子步驟：

步驟2.1：將步驟1得到的前驅體進行高溫碳化，其中高溫碳化的溫度為700～1000℃，以平均速率升溫至指定溫度后進行保溫，然后冷卻至室溫；

步驟2.2：酸化處理后進行干燥，得到鈷基氮摻雜MOF衍生多孔碳材料。

本發明進一步的技術方案是：所述氮源為2-氨基對苯二甲酸。

本發明進一步的技術方案是：所述鈷源為無水乙酸鈷。

本發明進一步的技術方案是：所述步驟1.2中的超聲時長為4h。

本發明進一步的技術方案是：所述步驟1.2中的離心程度為離心至懸濁液呈無色。

本發明進一步的技術方案是：所述步驟2.1中的平均速率為5℃/min，保溫時間為1h。

本發明進一步的技術方案是：所述步驟2.2中的酸化處理過程使用2mol/L硝酸溶液，常溫攪拌1小時。

發明效果