一种钴氮共掺杂碳基电催化剂材料及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种钴氮共掺杂碳基电催化剂材料及制备方法，本发明专利技术属于电化学和新能源领域。本发明专利技术以封装了金属钴离子的阴离子金属有机骨架为前驱体，在氮气气氛下，通过高温热解方法制备出钴氮共掺碳基纳米材料，该材料在碱性条件下具有优异的氧还原、氧析出和氢析出催化性能，利用该材料组装的可充电锌空气电池和全解水装置都具有良好的充放电性能和长久的稳定性。本发明专利技术制备工艺简单，催化剂性能良好，经济且可大量制备。

A Co doped carbon based electrocatalyst material and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种钴氮共掺杂碳基电催化剂材料及制备方法
本专利技术属于电化学和新能源领域，具体涉及一种钴氮共掺杂碳基电催化剂材料及制备方法。
技术介绍
当前，世界能源消耗还是以石油、煤炭、天然气等矿物能源为主，破坏生态环境的同时还面临能源枯竭的严峻问题。节能减排、能源转型已成为人类可持续发展的必经之路。寻求高效、绿色、可持续和安全的能源变得越来越紧迫。金属空气电池是新一代的绿色二次电池，具有成本低、无污染、比功率高、比能量高等优点，既有丰富的资源，还能再生利用，具有很好的发展和应用前景。在金属空气电池中，正极反应在放电和充电过程中分别涉及氧还原(ORR)和氧析出(OER)反应。水电解制氢是另一种高效和清洁的能源技术，可以产生纯度高的氢气，它由两个半反应组成：阴极上的析氢反应(HER)产生H2，阳极上的析氧反应(OER)产生O2。在当前的实际应用中，铂基催化剂仍然是ORR/HER的高效催化剂，而铱和钌基催化剂是优异的OER催化剂，然而成本高、贵金属稀缺、长期稳定性差、易中毒等缺陷严重限制了这些贵金属催化剂的大规模商业应用。因此，近十年来，人们一直致力于发展可用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钴氮共掺杂碳基电催化剂材料，其特征在于：包括以下质量份数的组分：氮源3-4份、碳源87-92份、钴源0.6-1.0份和氧源3-8份；/n所述氮源中氮的存在形式为石墨氮、吡啶氮、吡咯氮或Co配位氮；/n所述碳源中碳的存在形式为石墨碳或多孔碳；/n所述钴源中钴的存在形式为金属纳米单质钴、钴氧或钴氮配合物；/n所述氧源中氧的存在形式为羰基氧、钴氧配合物或氮氧化物。/n

【技术特征摘要】
1.一种钴氮共掺杂碳基电催化剂材料，其特征在于：包括以下质量份数的组分：氮源3-4份、碳源87-92份、钴源0.6-1.0份和氧源3-8份；
所述氮源中氮的存在形式为石墨氮、吡啶氮、吡咯氮或Co配位氮；
所述碳源中碳的存在形式为石墨碳或多孔碳；
所述钴源中钴的存在形式为金属纳米单质钴、钴氧或钴氮配合物；
所述氧源中氧的存在形式为羰基氧、钴氧配合物或氮氧化物。


2.一种钴氮共掺杂碳基电催化剂材料的制备方法，其特征在于：利用钴离子配合物作为钴源，通过一锅法反应合成出封装金属钴离子的三维阴离子金属有机骨架作为前驱体，进一步通过惰性气氛下高温热解合成出钴氮共掺杂碳基电催化材料。


3.根据权利要求2所述的一种钴氮共掺杂碳基电催化剂材料的制备方法，其特征在于：所述利用钴离子配合物作为钴源，通过一锅法反应合成出封装金属钴离子的三维阴离子金属有机骨架作为前驱体，进一步通过惰性气氛下高温热解合成出钴氮共掺杂碳基电催化材料，具体包括如下步骤：
步骤1，Co-TPM配合物的制备：将钴金属盐溶解在丙酮溶液中备用，将TPM溶解在丙酮溶液中备用，在搅拌状态下，将含钴盐的丙酮溶液缓慢加入到含TPM的丙酮溶液中，混合液在室温下搅拌；离心收集沉淀，用乙醇洗涤，真空干燥得到黄色粉末，即为Co-TPM配合物，作为钴源；
步骤2，前驱体Co@MOF的制备：将含有氮源和锌源的氨水溶液、含有碳源、氮源、氧源的甲醇溶液和含有钴源的DMF溶液加入到反应容器中回流；离心收集沉淀，用DMF和甲醇分别洗三次，真空干燥得到淡红色粉末，即为前驱体Co@MOF；
步骤3，碳化反应：将Co@MOF放入管式炉中心，通入惰性气体保护进行碳化反应，碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：王俊豪，石淼婕，张莹，张献明，
申请(专利权)人：山西大学，
类型：发明
国别省市：山西;14