一种钴、氮掺杂碳纳米管及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种钴、氮掺杂碳纳米管及其制备方法和应用，取醋酸钴置于乙醇溶液，搅拌溶解，溶解后向上述溶液中加入双氰胺，继续搅拌并蒸干溶剂后，干燥得到粉末状前体；将粉末状前体置于研钵中研磨后转移至反应容器中，将管式炉升温至900‑1000℃后，煅烧0.5‑2h后，退火得到样品，将上述样品置于无机酸溶液中搅拌过夜，抽滤洗涤干燥后，即得到钴、氮掺杂碳纳米管。该合成方法一步合成无二次热处理，合成方法简单，钴、氮掺杂碳纳米管具有较高催化活性，该催化剂能够用于燃料电池阴极氧还原反应，该催化剂形貌良好、均一、结构完整，且具有较高的起始电位和半波电位，具有替代Pt基催化剂潜力。

【技术实现步骤摘要】
一种钴、氮掺杂碳纳米管及其制备方法和应用
本专利技术涉及燃料电池催化
，更具体地说涉及一种钴、氮掺杂碳纳米管及其制备方法和应用。
技术介绍
随着大气污染问题频发，环境保护越来越受到人们的重视。清洁能源作为一种有效减少化石燃料燃烧，改善大气环境的科学技术，受到了科研人员的瞩目。但燃料电池缓慢的阴极反应阻碍了其发展进程，Pt基催化剂因此应运而生，但是贵金属有限的存储容量和昂贵的价格使催化剂的成本一直居高不下，抬高了燃料电池的使用门槛，影响了其大规模应用。因此，低成本催化剂的开发显得更加重要，M-N-C催化剂作为众多非贵金属催化剂中的佼佼者，表现出了超越同类Pt代催化剂的性能和稳定性。燃料电池(FuelCells)是将H2、H2S、甲烷、甲醇等燃料的化学能转换为可用电能的一种能量转换装置，被视为继水力、火力、核能发电之后的第四代新能源。燃料电池的发电效率高，电化学能量转化的综合效率可以达到80％以上，能量转换的整个过程清洁环保，应用领域十分广阔。其中，质子交换膜燃料电池(ProtonExchangeMembraneFuelCell，PE本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钴、氮掺杂碳纳米管，其特征在于：按照下述步骤进行：/n步骤1，取醋酸钴置于乙醇溶液，在70-90℃下搅拌溶解，溶解后向上述溶液中加入双氰胺，继续搅拌并蒸干溶剂后，置于70-90℃下干燥5-15h，得到粉末状前体；/n步骤2，将步骤1制备得到的粉末状前体置于研钵中研磨3-6min后转移至反应容器中，将管式炉升温至900-1000℃后，在到达设定温度前，前体需放置在石英管的非加热区，待达到设定温度后再将前体推入管式升温炉内，煅烧0.5-2h后，退火得到样品，将上述样品置于无机酸溶液中搅拌过夜，以除去金属氧化物和碳基体表面的金属团聚，抽滤洗涤干燥后，即得到钴、氮掺杂碳纳米管，其中，醋酸钴和双...

【技术特征摘要】
1.一种钴、氮掺杂碳纳米管，其特征在于：按照下述步骤进行：
步骤1，取醋酸钴置于乙醇溶液，在70-90℃下搅拌溶解，溶解后向上述溶液中加入双氰胺，继续搅拌并蒸干溶剂后，置于70-90℃下干燥5-15h，得到粉末状前体；
步骤2，将步骤1制备得到的粉末状前体置于研钵中研磨3-6min后转移至反应容器中，将管式炉升温至900-1000℃后，在到达设定温度前，前体需放置在石英管的非加热区，待达到设定温度后再将前体推入管式升温炉内，煅烧0.5-2h后，退火得到样品，将上述样品置于无机酸溶液中搅拌过夜，以除去金属氧化物和碳基体表面的金属团聚，抽滤洗涤干燥后，即得到钴、氮掺杂碳纳米管，其中，醋酸钴和双氰胺的质量比为(2-4):(6-8)，钴、氮掺杂碳纳米管的长度为10-15微米，直径为100-200nm，长径比在10-20之间。


2.根据权利要求1所述的一种钴、氮掺杂碳纳米管，其特征在于：在步骤1中，醋酸钴和双氰胺的质量比为3:(6-7)；干燥温度为75-85℃，干燥时间为6-12h。


3.根据权利要求1所述的一种钴、氮掺杂碳纳米管，其特征在于：在步骤2中，煅烧升温速率为8-12℃/min，煅烧温度为940-960℃，煅烧时间为0.5-1h，煅烧气氛为氮气气氛，氮气的流速为0.3-0.5L/min。


4.根据权利要求1所述的一种钴、氮掺杂碳纳米管，其特征在于：在步骤2中，所述无机酸采用浓度为0.5-1.0M/L的H2SO4；酸洗后的干燥温度为75-85℃，干燥时间为12-24h。


5.一种钴、氮掺杂碳纳米管的制备方法，其特征在于：按照下述步骤进行：
步骤1，取醋酸钴置于乙醇溶液，在70-90℃下搅拌溶解，溶解后向上述溶液中加入双氰胺，继...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁逸人，郑冬，薛涛，靳晓宁，赵鹏飞，吴政禹，董旭，方复浩，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12