一种三维钴/碳纳米复合催化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三维钴/碳纳米复合催化材料及其制备方法和应用，属于能源和纳米材料制备技术领域。具体为采用具有三维海胆状结构的氧化钴作为原位模板，结合高温掺氮的工艺来制备高性能钴碳纳米复合材料。该三维钴/碳纳米复合催化材料在碱性电解液中表现出优于商业铂碳催化剂的活性、稳定性和抗甲醇能力，解决了常规方法制备获得的氧化物催化材料导电性差和活性位流失的问题，尤其是高效低成本燃料电池关键电极材料的规模化生产难题。

A Three-dimensional Cobalt/Carbon Nanocomposite Catalyst Material and Its Preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种三维钴/碳纳米复合催化材料及其制备方法和应用
本专利技术属于能源和纳米材料制备
，具体涉及一种三维钴/碳纳米复合催化材料及其制备方法和应用。
技术介绍
传统化石能源的大量开采和使用不仅造成了不可再生能源的日趋枯竭，还造成了环境的严重污染。主要是因为传统化石能源的利用方式存在弊端：一方面，通常将燃料燃烧，由化学能转化成热能或者机械能，受卡诺循环限制，此过程的转化效率只有33-35％，造成不可再生能源的大量浪费；另一方面，燃料在燃烧时会产生大量的废水、废气、废渣等污染物，对生态环境造成短时间内难以修复的破坏。近几年困扰多个国家的雾霾就是由工业排放、机动车尾气、燃煤等引起的，所以严峻的能源枯竭与环境污染形势迫切要求能源结构的改变以及能源利用方式的优化，其中，燃料电池作为清洁能源储存和转化设备应运而生，燃料电池能够高效无污染地将存储在燃料或者氧化剂中的化学能转化为电能，被认为是能有效克服传统化石能源利用弊端的技术之一。但是现阶段的技术成果中，燃料电池中负极材料上氧气的还原反应速率比正极上的反应速率慢6-7个数量级，高效氧还原催化材料的开发直接制约着燃料电池技术的发展，成为该技术是否本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维钴/碳纳米复合催化材料，其特征在于：该催化材料是由钴/氧化亚钴纳米复合物颗粒和氮掺杂的碳材料组成；其中：所述氮掺杂的碳材料是以富含多级孔的碳纳米笼的形式存在；所述钴/氧化亚钴纳米复合物颗粒被包覆于富含多级孔的碳纳米笼内。

【技术特征摘要】
1.一种三维钴/碳纳米复合催化材料，其特征在于：该催化材料是由钴/氧化亚钴纳米复合物颗粒和氮掺杂的碳材料组成；其中：所述氮掺杂的碳材料是以富含多级孔的碳纳米笼的形式存在；所述钴/氧化亚钴纳米复合物颗粒被包覆于富含多级孔的碳纳米笼内。2.根据权利要求1所述的三维钴/碳纳米复合催化材料，其特征在于：所述钴/氧化亚钴纳米复合物颗粒是由钴和氧化亚钴复合而成，钴/氧化亚钴纳米复合物颗粒尺寸为10-200nm；所述富含多级孔的碳纳米笼的孔径为5-300nm。3.根据权利要求2所述的三维钴/碳纳米复合催化材料，其特征在于：该催化材料中，钴的重量百分含量为2-4wt％，氧化亚钴的重量百分含量为0.5-1.5wt％。4.根据权利要求1-3任一所述的三维钴/碳纳米复合催化材料的制备方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：(1)水热反应制备三维钴基原位模板：在反应釜内将氟化铵、氯化钴和尿素加入去离子水中搅拌30-60分钟，然后110-130℃条件下保温250-350分钟，待反应釜冷却至室温后，将得到的粉红色沉淀物取出，依次经离心分离、洗涤、干燥后，再升温至350-450℃条件下并保温1-3小时，自然冷却至室温后，获得粉末状的三维钴基原位模板；(2)碳包覆的三维前驱物的制备：取步骤(1)中获得的粉末状三维钴基原位模板加入到葡萄糖溶液中，在170-190℃温度条件下保温6-12小时，自然冷却至室温，离心分离后，用水和乙醇洗涤5-8次后在60-80℃条件下干燥8-12小时，得到碳包裹的三维...

【专利技术属性】
技术研发人员：李琦，杨炜沂，丁亚军，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21