一種Co-N-C催化劑的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種Co-N-C催化劑的制備方法
【背景技術(shù)】
[0002]質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)具有易啟動、能量轉(zhuǎn)化率高、綠色環(huán)保等特點(diǎn)，是一種具有巨大潛力的理想能源.與Pt/C催化劑相比，迄今為止研究的非貴金屬基催化劑氧還原活性較低，酸性介質(zhì)中穩(wěn)定性低，限制了其實(shí)際應(yīng)用，所以具有良好催化氧還原活性和穩(wěn)定性的非貴金屬基催化劑是PEMFC的重要研究領(lǐng)域之一。含氮Fe、Co的配合物或含氮復(fù)合物(酞菁、撲啉)催化劑的氧還原電催化性能早在20世紀(jì)60年代就已被報(bào)道.隨后學(xué)者們研究了不同的金屬元素、含氮前軀體和熱處理?xiàng)l件對該類催化劑催化性能的影響。通常，MeNx (Me-Co, Fe)被認(rèn)為是該類催化劑的氧還原催化活性中心，氮源的選擇可以來自酞菁、卩卜啉等大環(huán)化合物，也可以來自NH3、乙二胺、尿素等含氮前驅(qū)體。Si Yujun等將乙炔黑、尿素和氯化鈷研磨混合，經(jīng)高溫?zé)崽幚砗笾苽涑隽嗽谒嵝匀芤褐芯哂锌辜状夹阅艿腃o-C-N催化劑。戴先逢等采用溶劑分散法制備了吡咯(Py)摻雜碳負(fù)載納米鈷酞菁復(fù)合催化劑(Py-CoPc/C)，發(fā)現(xiàn)Py的摻雜可以明顯改善CoPc/C對氧還原的電催化性能，與Co配位的P比啶N和石墨N結(jié)構(gòu)是催化劑的活性心。Nguyen-Thanh等采用X射線能譜分析(EDS)和X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)分析(EXAFS)確定了 CoNx(x = 3,4)結(jié)構(gòu)是催化劑Co-PPy-C的活性中心，并發(fā)現(xiàn)不同比例的Py/Co、C/Py對催化劑的氧還原活性有重要的影響.李賞等以三聚氰胺聚合物基碳負(fù)載鐵鹽，高溫?zé)峤夂笾苽淞舜呋瘎〧e-N/C，發(fā)現(xiàn)其具有較大層間距的石墨碳結(jié)構(gòu)，更有利于將N引入石墨碳中，含氮石墨結(jié)構(gòu)是影響催化劑氧還原催化活性的重要因素。熱處理過程對于獲得適宜的Me-N-C類催化劑結(jié)構(gòu)是必要的。Faubert等研究熱處理溫度對催化劑CoTPP/C的。影響，研究結(jié)果顯示在500-700°C的熱處理溫度下更容易生成活性中心Co-N4，從而獲得具有較好活性的催化劑。但當(dāng)熱處理溫度> 900°C時(shí)，大量的金屬Co包裹在石墨碳中，已不存在CoNx結(jié)構(gòu)，催化劑活性明顯下降。Me-N-C類催化劑中氧還原活性中心仍存在爭議，也有文獻(xiàn)認(rèn)為活性中心是適宜的CNx結(jié)構(gòu)，過渡金屬只是催化該活性中心的生成.G1rdano等道了以尿素為氮源制備具有高氮含量的納米金屬氮化物(TiN, CrN,Mo 2 N)的方法，但未見CoNx的合成，如何控制適宜的制備條件以獲得具有氧還原活性的CoNx結(jié)構(gòu)仍需要進(jìn)一步研究。本文以合成CoNx為目標(biāo)，首次以鈷-尿素的絡(luò)合物經(jīng)高溫?zé)徂D(zhuǎn)化制備了 PEMFC氧還原催化劑，研究了催化劑制備條件對C、N、Co的含量及ORR活性和穩(wěn)定性的影響，初步探討了催化劑的活性中心結(jié)構(gòu)與ORR活性和穩(wěn)定性的關(guān)系。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提出一種Co-N-C催化劑的制備方法。
[0004]本發(fā)明所述一種Co-N-C催化劑的制備方法，包括以下步驟:將4gCoCl 2.6H20與8mL無水乙醇混合，攪拌20min，直至溶液清澈透明，按照不同的urea/Co配比緩慢加入尿素，在60°C攪拌至尿素完全溶解，溶液變成粘稠膠狀后得到前軀體。將前軀體在氬氣的氣氛下按3°C /min的升至一定溫度，保溫2h，然后在氬氣的保護(hù)下冷卻到室溫，即得到Co-N-C催化劑。
[0005]本發(fā)明所述Co-N-C催化劑，制備方法簡單，實(shí)用性強(qiáng)，可工業(yè)化生產(chǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0006]本發(fā)明所述一種Co-N-C催化劑的制備方法，包括以下步驟:將4gCoCl 2.6H20與8mL無水乙醇混合，攪拌20min，直至溶液清澈透明，按照不同的urea/Co配比緩慢加入尿素，在60°C攪拌至尿素完全溶解，溶液變成粘稠膠狀后得到前軀體。將前軀體在氬氣的氣氛下按3°C /min的升至一定溫度，保溫2h，然后在氬氣的保護(hù)下冷卻到室溫，即得到Co-N-C催化劑。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種Co-N-C催化劑的制備方法，包括以下步驟:將4gCoCl 2.6H20與8mL無水乙醇混合，攪拌20min,直至溶液清澈透明，按照不同的urea/Co配比緩慢加入尿素，在60°C攪拌至尿素完全溶解，溶液變成粘稠膠狀后得到前軀體，將前軀體在氬氣的氣氛下按:TC /min的升至一定溫度，保溫2h，然后在氬氣的保護(hù)下冷卻到室溫，即得到Co-N-C催化劑。
【專利摘要】本發(fā)明提出一種Co-N-C催化劑的制備方法。本發(fā)明所述一種Co-N-C催化劑的制備方法，包括以下步驟：將4gCoCl2·6H2O與8mL無水乙醇混合,攪拌20min,直至溶液清澈透明,按照不同的urea/Co配比緩慢加入尿素,在60℃攪拌至尿素完全溶解,溶液變成粘稠膠狀后得到前軀體，將前軀體在氬氣的氣氛下按3℃/min的升至一定溫度,保溫2h,然后在氬氣的保護(hù)下冷卻到室溫,即得到Co-N-C催化劑。本發(fā)明所述Co-N-C催化劑，制備方法簡單，實(shí)用性強(qiáng)，可工業(yè)化生產(chǎn)。
【IPC分類】H01M4/90
【公開號】CN105576259
【申請?zhí)枴緾N201510818878
【發(fā)明人】王耀斌
【申請人】陜西高新實(shí)業(yè)有限公司
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2015年11月24日