The invention relates to a high performance Co 3O 4 CeO 2/Co N C composite catalyst, a preparation method and application thereof. The preparation method comprises the following steps: S1: adjusting the pH of cobalt and cerium salts to 7-11 after dissolving, adding nitrogen-doped carbon carriers, and hydrothermal reaction at 60-100 degrees C for 10-20h; the nitrogen-doped carbon carriers are obtained by reaction of carbon and nitrogen sources with a mass ratio of 1:1-5; S2: extracting, washing, drying and grinding the solution after S1 reaction, the Co3O4 CeO 2/Co_N_C composite catalyst is obtained. The preparation method of the invention uses hydrothermal method to heat nitrogen-doped carbon carrier, cobalt source and cerium source in one pot. The process is simple, easy to operate, short time and suitable for mass industrial production. The prepared composite catalyst has excellent ORR and OER catalytic performance, and can be used in fuel cells and metal-air batteries.
【技术实现步骤摘要】
一种高性能Co3O4-CeO2/Co-N-C复合催化剂及其制备方法和应用
本专利技术属于新能源材料技术以及电化学催化领域,具体涉及一种高性能Co3O4-CeO2/Co-N-C复合催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
随着人类可持续发展对绿色、可再生能源需求的不断增长,各国将大量精力投入到了新能源研究领域,科学家们致力于开发出高效、低成本和环境友好的能源转换和储存系统,如金属-空气电池,燃料电池等等。电催化氧还原反应(ORR)和析氧反应(OER)是能源转换技术中十分重要的反应过程,但由于其复杂的多步电子转移途径,它们都呈现缓慢的动力学,导致更多的能量损失。众所周知,用于ORR反应的催化剂主要有Pt、Ag及其合金、金属螯合物、锰氧化物、钙钛矿型氧化物等,而用于OER的催化剂主要有Ru、Ir等贵金属及其氧化物,但是这些贵金属储量稀少、价格昂贵,使目前电源装置造价过高,限制了金属-空气电池、燃料电池等发展。因此,研发非贵金属催化剂替代贵金属在电催化领域的应用已成为了该领域中人们关注的热点课题。目前,主要研究的催化剂多为碳基催化剂。单纯的碳材料虽然来源丰富、廉价宜得,且本身具有优良的导电性,但其催化活性较差,很难达到人们对理想电化学催化剂的要求。氮掺杂的碳材料由于杂原子在键长、键角和原子尺寸的不同会造成碳材料内部结构电荷分布不均,利于O2吸附,相对于单纯的碳材料,其具有较好的ORR电催化活性和稳定性,但其OER催化性能很弱,表现出单一的催化活性,并且其ORR催化性能仍然具有很大的提升空间。氧化铈(CeO2)作为一种储量丰富的轻稀土氧化物,具有较低廉的价格、独特的晶体 ...
【技术保护点】
1.一种高性能Co3O4‑CeO2/Co‑N‑C复合催化剂的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:S1:将钴盐和铈盐溶解后调节pH为7~11,加入掺氮的碳载体,搅拌混合均匀后,于120~180℃水热反应10~20h;所述掺氮的碳载体通过质量比为1:1~5的碳源和氮源反应得到;所述钴盐和铈盐的质量比为1:2~2:1;所述钴盐和铈盐之和与掺氮的碳载体的质量比为1:1~1:3;S2:对S1反应后的溶液抽滤,洗涤,烘干,研磨即得到所述Co3O4‑CeO2/Co‑N‑C复合催化剂。
【技术特征摘要】
1.一种高性能Co3O4-CeO2/Co-N-C复合催化剂的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:S1:将钴盐和铈盐溶解后调节pH为7~11,加入掺氮的碳载体,搅拌混合均匀后,于120~180℃水热反应10~20h;所述掺氮的碳载体通过质量比为1:1~5的碳源和氮源反应得到;所述钴盐和铈盐的质量比为1:2~2:1;所述钴盐和铈盐之和与掺氮的碳载体的质量比为1:1~1:3;S2:对S1反应后的溶液抽滤,洗涤,烘干,研磨即得到所述Co3O4-CeO2/Co-N-C复合催化剂。2.根据权利要求1所述制备方法,其特征在于,S1中所述掺氮的碳载体通过如下方法制备得到:将碳源、氮源溶于溶剂中,于60~100℃反应4~12h,烘干,研磨,即得到所述掺氮的碳载体。3.根据权利要求2所述制备方法,其特征在于,所述碳源为KB碳、3D石墨烯、卡博特炭黑、石墨或碳纳米管中的一种或几种;所述N源为三聚氰胺、双氰胺、硝铵...
【专利技术属性】
技术研发人员:施志聪,沐杨昌,陈远业,王乃光,刘钦豪,
申请(专利权)人:广东工业大学,
类型:发明
国别省市:广东,44
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