一种生物质衍生复合碳材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种生物质衍生复合碳材料及其制备方法和应用，涉及催化材料制备领域。本发明专利技术具体提供了一种海带衍生复合碳材料，以海带作为碳质基质，钴作为复合的粒子，通过简便和绿色技术形成具有特殊核壳结构的碳包覆钴纳米颗粒的复合结构。利用本发明专利技术提供的海带衍生复合碳材料制成的碳负载型过渡金属催化剂，可以催化燃料电池阴极的氧化还原反应，具有较高的催化活性、优异的抗甲醇性能和长期耐久性。

【技术实现步骤摘要】
一种生物质衍生复合碳材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及催化材料制备领域，尤其涉及一种生物质衍生复合碳材料及其制备方法和应用。
技术介绍
随着化石燃料的不断消耗和全世界对环境的关注，对可持续和再生能源的探索已经成为当今最重要的挑战之一。目前，可持续发展链的一个重要组成部分是电化学储存和转换装置，如燃料电池、光解水，以及太阳能电池等。作为高性能能源设备的一部分，电催化剂在这些电化学反应中扮演着重要的角色。目前，在实际应用中大量使用的电催化剂是金属铂，但是金属铂存在诸多问题，例如，价格昂贵，不可再生，稳定性差，抗甲醇中毒能力差等等。因此，在研究中，希望找到一种替代金属铂的阴极氧还原反应催化剂。近年来，追求高活性、高耐用性的无金属材料或非贵金属基电催化剂是电化学领域的一个研究热点。由于容易聚集和导电性差非贵单一过渡金属的催化性能通常很差。虽然一些过渡金属元素如Co、Fe和Mn已经表现出良好的电催化活性，但在实际应用它们的化学稳定性较差。为了克服这一障碍，研究中通常以碳材料作为基底，原因在于碳材料具有较强的耐蚀性、易制备和独特的表面性能。研究表明，将过渡金属负载到碳基底上得到的催化剂具有良好活性和稳定性。这种复合结构可以防止金属颗粒聚集，进一步控制颗粒的形态和大小。更重要的是，可以促进碳/金属界面的电荷转移，从而提高电催化活性。目前，高活性、高稳定性的碳基金属复合电催化剂的设计与合成仍是一个挑战。毫无疑问，大自然是一个丰富的宝藏。它为我们提供了丰富的自然资源和独特的结构。与常规能源相比，生物质资源具有环保、可广泛利用、可再生等优点。因此，将生物资源转化为碳材料成为当今研究的热点。通常生物质衍生碳材料具有高比表面积、特殊孔结构和杂原子掺杂等特点。一些生物质含有某些基团，它们能够与金属离子形成配位化合物或具有物理吸附金属离子的能力。因此，我们可以将生物质衍生碳作为载体来担载金属颗粒形成一种复合催化剂。
技术实现思路
本专利技术具体将钴纳米颗粒负载到碳基底上，以海带作为碳质基质，通过简便和绿色技术形成具有特殊核壳结构的碳包覆钴纳米颗粒的复合结构。利用本专利技术提供的海带衍生复合碳材料制成的碳负载型过渡金属催化剂，可以催化燃料电池阴极的氧化还原反应，具有较高的催化活性、优异的抗甲醇性能和长期耐久性。本专利技术的一个目的是提供一种材料，所述材料由浸泡过含钴溶液的海带煅烧后制得。具体的，所述材料还包括下述1)-14)所述中的至少一种：1)所述煅烧包括600℃以上煅烧；2)所述煅烧包括煅烧1小时以上；3)所述煅烧包括在氮气氛围中煅烧；4)所述煅烧包括升温速率为5-10℃/分钟；5)所述海带包括干海带；6)所述浸泡包括在每50ml含钴溶液中侵泡1g干海带；7)所述浸泡包括浸泡至海带完全吸收含钴溶液为止；8)所述侵泡包括侵泡6-12小时；9)所述含钴溶液包括含Co(NO3)2的水溶液；10)所述含钴溶液包括，溶液中钴离子浓度为0.10M-1.0M；11)所述侵泡前，还包括洗涤、干燥海带；具体的，所述洗涤包括去离子水洗涤；再具体的，所述洗涤包括去离子水洗涤3-5次；还具体的，洗涤5次；和/或，所述洗涤包括每1g海带用200ml去离子洗涤；和/或，所述干燥包括60-80℃干燥，具体的，所述干燥包括60℃、70℃或80℃干燥；和/或，所述干燥包括真空干燥；和/或，所述干燥包括干燥6-12小时，具体的，干燥6、8或12小时；12)所述侵泡后，还包括漂洗、干燥海带；具体的，所述漂洗包括去离子水漂洗；再具体的，所述洗涤包括去离子水漂洗3-5次；还具体的，漂洗3次；和/或，所述漂洗包括每1g海带用200ml去离子漂洗；和/或，所述干燥包括60-80℃干燥，具体的，所述干燥包括60℃、70℃或80℃干燥；和/或，所述干燥包括真空干燥；和/或，所述干燥包括干燥6-12小时，具体的，干燥6、8或12小时；13)所述煅烧后，还包括自然冷却；14)所述材料包括煅烧产物石墨化碳和钴纳米粒子。再具体的，所述材料还包括下述1)-6)所述中的至少一种：1)所述煅烧包括650℃～1000℃煅烧；具体的，800℃～1000℃煅烧；再具体的，800℃或1000℃煅烧；2)所述煅烧包括煅烧2-3小时；具体的，煅烧2小时；3)所述煅烧包括升温速率为5℃/分钟；4)所述侵泡包括侵泡12小时；5)所述含钴溶液包括，溶液中钴离子浓度为0.5M-1.0M；具体的，为0.5M或1.0M；6)当所述材料包括煅烧产物石墨化碳和钴纳米粒子时，所述材料还包括核壳结构，所述石墨化碳包覆钴纳米粒子；和/或材料的比表面积为147m2g-1，特征孔径为4nm；具体的，所述钴纳米粒子的粒径在5nm～20nm之间。本专利技术的另一个目的是提供一种材料的制备方法，所述方法包括：将浸泡过含钴溶液的海带煅烧后即得所述材料。具体的，所述方法还包括下述1)-13)所述中的至少一种：1)所述煅烧包括600℃以上煅烧；2)所述煅烧包括煅烧1小时以上；3)所述煅烧包括在氮气氛围中煅烧；4)所述煅烧包括升温速率为5-10℃/分钟；5)所述海带包括干海带；6)所述浸泡包括在每50ml含钴溶液中侵泡1g干海带；7)所述浸泡包括浸泡至海带完全吸收含钴溶液为止；8)所述侵泡包括侵泡6-12小时；9)所述含钴溶液包括含Co(NO3)2的水溶液；10)所述含钴溶液包括，溶液中钴离子浓度为0.10M-1.0M；11)所述侵泡前，还包括洗涤、干燥海带；具体的，所述洗涤包括去离子水洗涤；再具体的，所述洗涤包括去离子水洗涤3-5次；还具体的，洗涤5次；和/或，所述洗涤包括每1g海带用200ml去离子洗涤；和/或，所述干燥包括60-80℃干燥；具体的，所述干燥包括60℃、70℃或80℃干燥；和/或，所述干燥包括真空干燥；和/或，所述干燥包括干燥6-12小时；具体的，干燥6、8或12小时；12)所述侵泡后，还包括漂洗、干燥海带；具体的，所述漂洗包括去离子水漂洗；再具体的，所述洗涤包括去离子水漂洗3-5次；还具体的，漂洗3次；和/或，所述漂洗包括每1g海带用200ml去离子漂洗；和/或，所述干燥包括60-80℃干燥；具体的，所述干燥包括60℃、70℃或80℃干燥；和/或，所述干燥包括真空干燥；和/或，所述干燥包括干燥6-12小时；具体的，干燥6、8或12小时；13)所述煅烧后，还包括自然冷却。再具体的，所述方法还包括下述1)-5)所述中的至少一种：1)所述煅烧包括650℃～1000℃煅烧；具体的，800℃～1000℃煅烧；再具体的，800℃或1000℃煅烧；2)所述煅烧包括煅烧2-3小时；具体的，煅烧2小时；3)所述煅烧包括升温速率为5℃/分钟；4)所述侵泡包括侵泡12小时；5)所述含钴溶液包括，溶液中钴离子浓度为0.5M-1.0M；具体的，为0.5M或1.0M。本专利技术的再一个目的是提供一种催化剂，所述催化剂包括：将本专利技术任一所述材料、或本专利技术任一所述材料的制备方法直接制备得到的材料分散在乙醇和萘芬的混合液中，超声后即得。具体的，所述超声包括超声60分钟；所述乙醇和萘芬的体积比为24:1。本专利技术的还一个目的是提供一种催化剂的制备方法，所述方法包括：将本专利技术任一所述材料、或本专利技术任一所述材料的制备方法直接制备得到的材料分散在乙醇和萘芬的混合液中，超声本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种材料，其特征在于，所述材料由浸泡过含钴溶液的海带煅烧后制得。

【技术特征摘要】
1.一种材料，其特征在于，所述材料由浸泡过含钴溶液的海带煅烧后制得。2.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，所述材料还包括下述1)-14)所述中的至少一种：1)所述煅烧包括600℃以上煅烧；2)所述煅烧包括煅烧1小时以上；3)所述煅烧包括在氮气氛围中煅烧；4)所述煅烧包括升温速率为5-10℃/分钟；5)所述海带包括干海带；6)所述浸泡包括在每50ml含钴溶液中侵泡1g干海带；7)所述浸泡包括浸泡至海带完全吸收含钴溶液为止；8)所述侵泡包括侵泡6-12小时；9)所述含钴溶液包括含Co(NO3)2的水溶液；10)所述含钴溶液包括，溶液中钴离子浓度为0.10M-1.0M；11)所述侵泡前，还包括洗涤、干燥海带；12)所述侵泡后，还包括漂洗、干燥海带；13)所述煅烧后，还包括自然冷却；14)所述材料包括煅烧产物石墨化碳和钴纳米粒子。3.根据权利要求1和/或2任一所述的材料，其特征在于，所述材料还包括下述1)-6)所述中的至少一种：1)所述煅烧包括650℃～1000℃煅烧；具体的，800℃～1000℃煅烧；再具体的，800℃或1000℃煅烧；2)所述煅烧包括煅烧2-3小时；具体的，煅烧2小时；3)所述煅烧包括升温速率为5℃/分钟；4)所述侵泡包括侵泡12小时；5)所述含钴溶液包括，溶液中钴离子浓度为0.5M-1.0M；具体的，为0.5M或1.0M；6)当所述材料包括煅烧产物石墨化碳和钴纳米粒子时，所述材料还包括核壳结构，所述石墨化碳包覆钴纳米粒子；和/或材料的比表面积为147m2g-1，特征孔径为4nm；具体的，所述钴纳米粒子的粒径在5nm～20nm之间。4.一种材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括：将浸泡过含钴溶液的海带煅烧后即得所述材料。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括下述1)-13)所述中的至少一种：1)所述煅烧包括600℃以上煅烧；2)所述煅烧包括煅烧1小时以上；3)所述煅烧包括在氮气氛围中煅烧；4)所述煅烧包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：史彦涛，李燕茜，
申请(专利权)人：东莞理工学院，北京赛知科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44