一种多孔石墨碳包覆钴纳米粒子的析氢催化剂及其制法制造技术

本发明专利技术涉及电催化析氢技术领域，且公开了一种多孔石墨碳包覆钴纳米粒子的析氢催化剂，羟基联萘多孔聚合物具有丰富的孔道结构，具有的β‑萘酚结构是Co

【技术实现步骤摘要】
一种多孔石墨碳包覆钴纳米粒子的析氢催化剂及其制法
本专利技术涉及电催化析氢
，具体为一种多孔石墨碳包覆钴纳米粒子的析氢催化剂及其制法。
技术介绍
随着能源危机和环境污染问题越来越严峻，需要开发新型高效的可再生绿色能源，氢气作为一种理想的化石能源替代品，具有资源丰富、燃烧热量高、绿色无污染等优点，电解水制氢是目前最具有发展前景的制氢方法，但是电解水析氢过程中存在的高过电位，铂基贵金属催化剂具有良好的电催化析氢活性，但是铂基贵金属价格昂贵，储量稀少，限制了其大规模商业化应用。过渡金属基电催化材料具有储量丰富、成本较低、循环稳定性好等优点，其中钴基电催化剂具有多种电子价态，以及优良的电催化活性，是一种极具发展潜力的电催化析氢催化剂，但是金属钴在催化过程中会受到电解液的腐蚀，影响了钴基催化剂的电催化析氢活性和催化稳定性，并钴纳米粒子容易团聚，导致催化活性位点不足，多孔碳材料具有比表面积大、孔隙结构丰富、导电性能优异，在电催化领域具有重要的应用。(一)解决的技术问题针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种多孔石墨碳包覆钴纳米粒子的析氢催化剂及其制法，解决了钴纳米粒子会受到电解液的腐蚀的问题，同时解决了钴纳米粒子容易团聚的问题。(二)技术方案为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种多孔石墨碳包覆钴纳米粒子的析氢催化剂，其特征在于：包括以下原料及组分，羟基联萘多孔聚合物、钴源，质量比为100:15-30。优选的，所述钴源为硫酸钴、乙酸钴或硝酸钴的任意一种。优选的，所述多孔石墨碳包覆钴纳米粒子的析氢催化剂制备方法包括以下步骤：(1)向反应瓶中通入氮气，加入三乙胺溶剂、(S)-6,6'-二氯-4,4'-二溴-2,2'-二乙氧基-1,1'-联-2-萘酚、2-甲基-3-丁炔-2-醇、催化剂三苯基膦、助催化剂碘化亚铜，加热回流反应，制备得到羟基丁炔中间体偶联产物。(2)将羟基丁炔中间体偶联产物置于甲苯溶剂中，加入氢氧化钾，加热回流反应，制备得到(S)-6,6'-二氯-4,4'-二乙炔基-2,2'-二乙氧基-1,1'-联-2-萘酚。(3)向反应瓶中通入氮气，加入N,N-二甲基甲酰胺和三乙胺混合溶剂，加入1,3,5-三(4-碘苯基)苯、(S)-6,6'-二氯-4,4'-二乙炔基-2,2'-二乙氧基-1,1'-联-2-萘酚、三苯基膦和碘化亚铜，加热回流反应，制备得到乙氧基联萘多孔聚合物。(4)向反应瓶中加入二氯甲烷溶剂和乙氧基联萘多孔聚合物，加入三溴甲烷进行反应，制备得到羟基联萘多孔聚合物。(5)向反应瓶中加入蒸馏水溶剂、羟基联萘多孔聚合物和钴源，进行吸附过程。(6)将溶液减压蒸馏除去溶剂，固体混合产物置于气氛电阻炉中，进行热裂解过程，制备得到多孔石墨碳包覆钴纳米粒子的析氢催化剂。优选的，所述步骤(5)中的吸附过程在20-40℃下进行，吸附时间为6-48h。优选的，所述步骤(6)中的气氛电阻炉包括煅烧炉，煅烧炉上方设置有煅烧室，煅烧室内部下方设置有旋转电机，旋转电机活动连接有旋转轴，旋转轴固定连接有旋转齿轮，旋转齿轮活动连接有连接导轮，连接导轮活动连接有转动轮，转动轮固定连接有转动棒，转动棒固定连接有底座，底座上方设置有坩埚。优选的，所述步骤(6)中的热裂解过程为氩气氛围，升温速率为2-8℃/min，热裂解温度为850-920℃，热裂解时间为2-4h。(三)有益的技术效果与现有技术相比，本专利技术具备以下实验原理和有益的技术效果：该一种多孔石墨碳包覆钴纳米粒子的析氢催化剂，以1,3,5-三(4-碘苯基)苯、(S)-6,6'-二氯-4,4'-二乙炔基-2,2'-二乙氧基-1,1'-联-2-萘酚作为聚合单体，制备得到羟基联萘多孔聚合物具有丰富的孔道结构，并且羟基联萘多孔聚合物中的β-萘酚结构是Co2+良好的配位络合剂，可以通过配位络合作用，将Co2+经过丰富的孔道结构，均匀吸附到多孔聚合物的表面和孔隙内部。该一种多孔石墨碳包覆钴纳米粒子的析氢催化剂，高温热裂解过程中，由于羟基联萘多孔聚合物含有大量刚性的萘环和苯环结构，可以保持孔道结构不塌陷，进而形成导电性优异的多孔石墨碳，丰富的孔隙结构有利于析氢反应过程中离子的传输和扩散，同时高温热还原形成的钴纳米粒子均匀沉积在多孔石墨碳的基体中，减少了钴纳米粒子团聚的现象，从而暴露出大量的电催化活性位点，并且在碳层的包覆保护作用下，减少了电解液与钴纳米粒子的直接接触，避免钴纳米粒子发生副反应和腐蚀，在协同作用下表现出更低的析氢起始电位和优异的电催化析氢活性。附图说明图1是煅烧炉正面示意图；图2是连接导轮放大示意图。1-煅烧炉；2-煅烧室；3-旋转电机；4-旋转轴；5-旋转齿轮；6-连接导轮；7-转动轮；8-转动棒；9-底座；10-坩埚。具体实施方式为实现上述目的，本专利技术提供如下具体实施方式和实施例：一种多孔石墨碳包覆钴纳米粒子的析氢催化剂，其特征在于：包括以下原料及组分，羟基联萘多孔聚合物、钴源，质量比为100:15-30，钴源为硫酸钴、乙酸钴或硝酸钴的任意一种。优选的，所述多孔石墨碳包覆钴纳米粒子的析氢催化剂制备方法包括以下步骤：(1)向反应瓶中通入氮气，加入三乙胺溶剂、(S)-6,6'-二氯-4,4'-二溴-2,2'-二乙氧基-1,1'-联-2-萘酚、2-甲基-3-丁炔-2-醇、催化剂三苯基膦、助催化剂碘化亚铜，加热回流反应，制备得到羟基丁炔中间体偶联产物。(2)将羟基丁炔中间体偶联产物置于甲苯溶剂中，加入氢氧化钾，加热回流反应，制备得到(S)-6,6'-二氯-4,4'-二乙炔基-2,2'-二乙氧基-1,1'-联-2-萘酚。(3)向反应瓶中通入氮气，加入N,N-二甲基甲酰胺和三乙胺混合溶剂，加入1,3,5-三(4-碘苯基)苯、(S)-6,6'-二氯-4,4'-二乙炔基-2,2'-二乙氧基-1,1'-联-2-萘酚、三苯基膦和碘化亚铜，加热回流反应，制备得到乙氧基联萘多孔聚合物。(4)向反应瓶中加入二氯甲烷溶剂和乙氧基联萘多孔聚合物，加入三溴甲烷进行反应，制备得到羟基联萘多孔聚合物。(5)向反应瓶中加入蒸馏水溶剂、羟基联萘多孔聚合物和钴源，在20-40℃下，进行吸附过程6-48h。(6)将溶液减压蒸馏除去溶剂，固体混合产物置于气氛电阻炉中，气氛电阻炉包括煅烧炉，煅烧炉上方设置有煅烧室，煅烧室内部下方设置有旋转电机，旋转电机活动连接有旋转轴，旋转轴固定连接有旋转齿轮，旋转齿轮活动连接有连接导轮，连接导轮活动连接有转动轮，转动轮固定连接有转动棒，转动棒固定连接有底座，底座上方设置有坩埚，升温速率为2-8℃/min，升温至850-920℃，热裂解2-4h，制备得到多孔石墨碳包覆钴纳米粒子的析氢催化剂。实施例1(1)向反应瓶中通入氮气，加入三乙胺溶剂、(S)-6,6'-二氯-4,4'-二溴-2,2'-二乙氧基-1,1'-联-2-萘酚、2-甲基-3-丁炔本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多孔石墨碳包覆钴纳米粒子的析氢催化剂，其特征在于：包括以下原料及组分，羟基联萘多孔聚合物、钴源，质量比为100:15-30。/n

【技术特征摘要】
1.一种多孔石墨碳包覆钴纳米粒子的析氢催化剂，其特征在于：包括以下原料及组分，羟基联萘多孔聚合物、钴源，质量比为100:15-30。


2.根据权利要求1所述的一种多孔石墨碳包覆钴纳米粒子的析氢催化剂，其特征在于：所述钴源为硫酸钴、乙酸钴或硝酸钴的任意一种。


3.根据权利要求1所述的一种多孔石墨碳包覆钴纳米粒子的析氢催化剂，其特征在于：所述多孔石墨碳包覆钴纳米粒子的析氢催化剂制备方法包括以下步骤：
(1)在氮气氛围中，向三乙胺溶剂中加入(S)-6,6'-二氯-4,4'-二溴-2,2'-二乙氧基-1,1'-联-2-萘酚、2-甲基-3-丁炔-2-醇、催化剂三苯基膦、助催化剂碘化亚铜，加热回流反应，制备得到羟基丁炔中间体偶联产物；
(2)将羟基丁炔中间体偶联产物置于甲苯溶剂中，加入氢氧化钾，加热回流反应，制备得到(S)-6,6'-二氯-4,4'-二乙炔基-2,2'-二乙氧基-1,1'-联-2-萘酚；
(3)在氮气氛围中，向N,N-二甲基甲酰胺和三乙胺混合溶剂中加入1,3,5-三(4-碘苯基)苯、(S)-6,6'-二氯-4,4'-二乙炔基-2,2'-二乙氧基-1,1'-联-2-萘酚、三苯基膦和碘化亚铜，加热回流反应，制备得到乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊梦林，
申请(专利权)人：樊梦林，
类型：发明
国别省市：河南;41