[發(fā)明專利]一種Co-N/CNTs催化材料的制備方法及其所得催化材料和應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110458128.2
• 申請(qǐng)日: 2021-04-27
• 公開（公告）號(hào): CN113206261A
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 婁永兵;王晴晴
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/88
• 分類號(hào): H01M4/88;H01M4/90;H01M8/16;H01M4/86
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 常孟

1.一種Co-N/CNTs催化材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1) 將羧基化的碳納米管溶于有機(jī)溶劑中，并加入表面活性劑進(jìn)行超聲處理，得到碳納米管分散液；

(2) 將氯化鈷在攪拌的條件下加入步驟(1)的碳納米管分散液中，混合均勻；

(3) 將2-甲基咪唑溶于的甲醇溶液后逐滴加入步驟(2)的混合溶液中，繼續(xù)攪拌后裝入高溫反應(yīng)釜反應(yīng)，得到沉淀反應(yīng)物；

(4) 將得到的產(chǎn)物經(jīng)過(guò)洗滌、干燥和研磨得到前驅(qū)體粉末，然后在惰性氣氛下進(jìn)行高溫碳化，得到Co-N/CNTs催化材料。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Co-N/CNTs催化材料的制備方法，其特征在于：所述步驟(1)中，羧基化的碳納米管與表面活性劑的質(zhì)量比為1：1~5；其中，表面活性劑包括聚乙烯吡咯烷酮和十六烷基三甲基溴化銨中的任一種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Co-N/CNTs催化材料的制備方法，其特征在于：所述步驟(1)中，每25~50mL的有機(jī)溶劑中添加35~70 mg的羧基化的碳納米管；其中，所述有機(jī)溶劑包括甲醇、乙醇、去離子水或N,N-二甲基甲酰胺中的任一種；所述羧基化的碳納米管的長(zhǎng)度為1~30 μm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Co-N/CNTs催化材料的制備方法，其特征在于：所述步驟(2)中，每25~50 mL的碳納米管分散液中添加222~444 mg的氯化鈷。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Co-N/CNTs催化材料的制備方法，其特征在于：所述步驟(3)中，每25~50ml甲醇溶液中添加1~2 mmol的2-甲基咪唑；其中，2-甲基咪唑與表面活性劑的質(zhì)量比為1：3~5。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Co-N/CNTs催化材料的制備方法，其特征在于：所述步驟(3)中，攪拌時(shí)間為0.5-1h，反應(yīng)時(shí)間為24~48 h，反應(yīng)溫度為100-120℃。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Co-N/CNTs催化材料的制備方法，其特征在于：所述步驟(4)中，高溫碳化溫度為600~800℃，碳化溫度為2~4 h，加熱速率為1-5℃·min^-1。

8.一種權(quán)利要求1~7任一項(xiàng)所述的方法制備得到的Co-N/CNTs催化材料。

9.權(quán)利要求8所述的Co-N/CNTs催化材料作為微生物燃料電池陰極的應(yīng)用。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的應(yīng)用，其特征在于，具體包括以下步驟：將Co-N/CNTs催化材料與PTFE乳液、異丙醇和去離子水充分混合均勻，得到漿液并涂抹在不銹鋼網(wǎng)上制成陰極催化劑層，然后與陽(yáng)極電極和質(zhì)子交換膜組裝成微生物燃料電池裝置。