The present invention provides a spherical nitrogen-doped carbon-supported cobalt cobalt-supported oxygen reduction catalyst, which is prepared by the following preparation methods: synthesis of 3,6_bis (3,5_dimethylpyrazole) 3,6_dimethylpyrazole, 1,2,4,4,5_tetrazine (BT) through nitrnitric guanine synthesis, 1,2,2,2,2,4,4,5,5_tetrazine (BT) by adding imidazole to 3,6 bis (imidazole--------(imidazole---------(imidazole--------Tetrazine (DT) ligand, then make 3,6(2) A cobalt-based zeolite imidazole framework coordination polymer (CoDT ZIF) was prepared by the coordination of 1,2,4,5 tetrazine (DT) with transition metal cobalt ions. The cobalt-based zeolite imidazole framework coordination polymer (CoDT ZIF) was pyrolyzed at high temperature to prepare a spherical nitrogen-doped carbon-supported cobalt (Co N/C) oxygen reduction catalyst. The catalyst has simple preparation method, low cost and abundant active sites, which is conducive to promoting the practical application of fuel cells.
【技术实现步骤摘要】
一种球状氮掺杂碳载钴基氧还原催化剂及其制备方法和用途
本专利技术涉及一种氧还原催化剂，具体涉及一种球状氮掺杂碳载钴基氧还原催化剂及其制备方法和用途，属于燃料电池科学
技术介绍
化石能源，如石油、天然气与煤炭的广泛使用推动了人类社会的快速发展，但是化石能源的不可再生以及使用过程带来的环境问题是人类面临的两大难题。开发出环境友好、可再生的新能源和新能源技术已经成为当今世界最为重要的研究热点。燃料电池是一种通过燃料和氧化剂之间的氧化还原反应将燃料中的化学能直接转化为电能的发电装置，是新一代的发电技术。燃料电池是不经过燃烧直接将化学能转化为电能的新型能量转换系统。燃料电池(FuellCell，FC)因为不受卡诺循环的限制、能量转化效率高(达40％-60％)并环境友好，在近年来备受关注。但是其寿命低、效率低和成本高的缺陷限制了它的大规模商业化应用。主要原因是铂基催化剂成本高且对甲醇氧化的催化性能低。因此，开发出低成本、高活性、高稳定性的ORR非贵金属催化剂对推动燃料电池的大规模商业化应用意义重大。Dai等值的一系列碳载体(RGO和CNT等)负载CoOx纳米颗粒催化剂。由于CoOx纳米颗粒与高石墨化程度的碳载体之间的强化学耦合效应，这些催化剂均显示出优异的ORR电催化性能。(NatureMaterials，2011，10：780–786)Feng等以Co(ac)2和CS2为原料，通过调控Co2+摩尔浓度经一步水热值的具有不同颗粒大小的CoS2纳米晶电催化剂。结果表明，Co2+摩尔浓度越大，CoS2纳米颗粒越小，电催化性能越优异。(JournalofMater...
【技术保护点】
1.一种球状氮掺杂碳载钴基氧还原催化剂，它是通过以下制备方法所制备的：先通过硝酸胍合成3,6‑二(3,5‑二甲基吡唑)‑1,2,4,5‑四嗪(BT)，再在3,6‑二(3,5‑二甲基吡唑)‑1,2,4,5‑四嗪(BT)中加入咪唑合成3,6‑二(咪唑基)‑1,2,4,5‑四嗪(DT)配体，然后使3,6‑二(咪唑基)‑1,2,4,5‑四嗪(DT)与过渡金属钴离子配位形成钴基沸石咪唑酯框架配位聚合物(CoDT‑ZIF)，再通过高温热解钴基沸石咪唑酯框架配位聚合物(CoDT‑ZIF)制备得到球状氮掺杂碳载钴基(Co‑N/C)氧还原催化剂。
【技术特征摘要】
1.一种球状氮掺杂碳载钴基氧还原催化剂，它是通过以下制备方法所制备的：先通过硝酸胍合成3,6-二(3,5-二甲基吡唑)-1,2,4,5-四嗪(BT)，再在3,6-二(3,5-二甲基吡唑)-1,2,4,5-四嗪(BT)中加入咪唑合成3,6-二(咪唑基)-1,2,4,5-四嗪(DT)配体，然后使3,6-二(咪唑基)-1,2,4,5-四嗪(DT)与过渡金属钴离子配位形成钴基沸石咪唑酯框架配位聚合物(CoDT-ZIF)，再通过高温热解钴基沸石咪唑酯框架配位聚合物(CoDT-ZIF)制备得到球状氮掺杂碳载钴基(Co-N/C)氧还原催化剂。2.根据权利要求1所述的球状氮掺杂碳载钴基氧还原催化剂，其特征在于：所述过渡金属钴离子来自金属钴盐；优选的是，金属钴盐为六水合硝酸钴、碱式碳酸钴、七水合硫酸钴、氯化钴、溴化钴、碘化钴中的一种或多种。3.一种球状氮掺杂碳载钴基氧还原催化剂的制备方法或制备权利要求1或2所述球状氮掺杂碳载钴基氧还原催化剂的方法，该方法包括以下步骤：(1)3,6-二(3,5-二甲基吡唑)-1,2,4,5-四嗪(BT)的制备：通过硝酸胍合成出3,6-二(3,5-二甲基吡唑)-1,2,4,5-四嗪(BT)；(2)3,6-二(咪唑基)-1,2,4,5-四嗪(DT)配体的制备：将3,6-二(3,5-二甲基吡唑)-1,2,4,5-四嗪(BT)装入反应器中，加入咪唑，加热反应一段时间，冷却，过滤，干燥，即得到3,6-二(咪唑基)-1,2,4,5-四嗪(DT)配体；(3)钴基沸石咪唑酯框架配位聚合物(CoDT-ZIF)的制备：取3,6-二(咪唑基)-1,2,4,5-四嗪(DT)配体溶于有机溶剂中，加入金属钴盐，分散后，加热反应一段时间，冷却后抽滤，洗涤，得到棕色固体，即为钴基沸石咪唑酯框架配位聚合物(CoDT-ZIF)；(4)球状氮掺杂碳载钴基(Co-N/C)氧还原催化剂的制备：将步骤(3)得到的钴基沸石咪唑酯框架配位聚合物(CoDT-ZIF)通过高温热处理，即得球状氮掺杂碳载钴基(Co-N/C)氧还原催化剂。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤(1)具体为：将硝酸胍溶于有机溶剂(优选为二氧六环溶液)中，加入水合肼，加热(优选为加热至80-140℃，优选为90-130℃，更优选为100-120℃)并回流反应(优选为回流反应1-6h，优选为2-5.5h，更优选为3-5h)，过滤后得到白色固体，再将白色固体溶于水，在其中加入乙酰丙酮，加热(优选为加热至50-90℃，优选为55-85℃，更优选为60-80℃)下反应(优选为反应1-6h，优选为2-5.5h，更优选为3-5h)，过滤，固体用水洗涤并干燥后得3,6-二(3,5-二甲基吡唑)-1,2,4,5-四嗪(BT)。5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于：步骤(2)具体为：将3,6-二(3,5-二甲基吡唑)-1,2,4,5-四嗪(BT)装入盛有有机溶剂(优选为乙腈)的反应器中，在常温下搅拌均匀后加入咪唑的有机溶液(优选为溶有咪唑的乙腈溶液)，升温(优选为加热升温至65-100℃，优选为68-95℃，更优选为70-90℃)进行回流反应(优选为回流反应0.2-6h，优选为0.5-4h，更优选为1-2h)，冷却至室温，过滤，洗涤...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈红飙，白亚峰，杨端光，阳梅，黎华明，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43
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