一种含氮硫有序介孔碳包覆纳米Co3O4的析氧催化剂制造技术

本发明专利技术涉及电化学能源技术领域，且公开了一种含氮硫有序介孔碳包覆纳米Co3O4的析氧催化剂，含羧基噻吩吡咯超交联聚合物比表面积大，并且具有一定的微孔结构，主链中含有丰富的芳羧基，可以与Co

【技术实现步骤摘要】
一种含氮硫有序介孔碳包覆纳米Co3O4的析氧催化剂


[0001]本专利技术涉及电化学能源
，具体为一种含氮硫有序介孔碳包覆纳米Co3O4的析氧催化剂。

技术介绍

[0002]近年来燃料电池因其能源转换效率高、环保污染小、使用寿命长等优点，得到了广泛的发展和应用，燃料电池是将燃料的化学能通过电化学反应，直接转换成电能，在燃料电池电化学反应过程中，其阳极析氧反应(OER)由于过电势较高，反应动力学缓慢，限制了燃料电池的电化学能量存储与转化过程，开发新型高效的非贵金属析氧反应催化剂，促进燃料电池析氧反应的进行具有重要的意义，其中过渡金属氧化物，如钴氧化物、铁氧化物等廉价易得、催化活性高，在析氧反应催化剂中有着广阔的应用前景，例如专利CN108855181B，公开了BCNO纳米片负载Co3O4复合催化剂，可以作为析氧反应电催化剂用于锌空电池和清洁能源的等领域，纳米Co3O4的比表面积大、催化活性优良，但是Co3O4的电子传导率较低，并且在电解液中容易团聚，降低了其析氧反应的催化效率，阻碍了纳米Co3O4在析氧反应中的应用，本专利技术旨在将纳米Co3O4负载到含氮硫有序介孔碳中，得到催化性能高效的析氧反应催化剂。

技术实现思路

[0003](一)解决的技术问题
[0004]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种含氮硫有序介孔碳包覆纳米Co3O4的析氧催化剂，应用于燃料电池的析氧反应中。
[0005](二)技术方案
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供以下技术方案：一种含氮硫有序介孔碳包覆纳米Co3O4的析氧催化剂，合成方法为以下步骤：
[0007](1)将含羧基噻吩吡咯超交联聚合物加入到N,N
‑
二甲基甲酰胺中，加入钴盐的水溶液，在30
‑
50℃中超声分散处理30
‑
60min，然后升温至50
‑
75℃，搅拌12
‑
36h，然后真空干燥除去溶剂，将混合产物置于气氛炉中，加热预氧化，然后再升温碳化，将碳化产物与氢氧化钾混合均匀，置于气氛炉中升温活化，然去离子水洗涤产物至中性，制得含氮硫有序介孔碳包覆纳米Co3O4的析氧催化剂。
[0008]优选的，所述钴盐的用量为含羧基噻吩吡咯超交联聚合物的15
‑
40％。
[0009]优选的，所述预氧化过程在空气气氛中，升温至300
‑
350℃处理1
‑
2h；碳化过程在氮气气氛中，升温至700
‑
850℃处理2
‑
3h；活化过程在700
‑
800℃中处理1
‑
2h。
[0010]优选的，所述含羧基噻吩吡咯超交联聚合物的合成方法为以下步骤：
[0011](1)将邻苯二甲酸酐和2
‑
(4
‑
(噻吩
‑2‑
基)苯基)噻吩溶解到二氯甲烷中，在氮气气氛中加入催化剂三氯化铝，加热回流反应，反应后减压浓缩，以石油醚:乙酸乙酯＝3
‑
10:1的洗脱剂进行柱层析分离，制得对苯二(羧基苯)噻吩化合物。
[0012](2)将对苯二(羧基苯)噻吩化合物和吡咯溶解到1,2
‑
二氯甲烷中，在氮气气氛中加入二甲氧基甲烷和三氯化铁，搅拌均匀后加热至70
‑
85℃，反应15
‑
30h，反应后冷却，减压蒸馏，依次使用甲醇、四氢呋喃和二氯甲烷抽提，制得含羧基噻吩吡咯超交联聚合物。
[0013]优选的，所述步骤(1)中邻苯二甲酸酐、2
‑
(4
‑
(噻吩
‑2‑
基)苯基)噻吩、三氯化铝的摩尔比例为2
‑
2.8:1:2.2
‑
3.6。
[0014]优选的，所述步骤(1)中回流反应在25
‑
50℃进行12
‑
24h。
[0015](三)有益的技术效果
[0016]与现有技术相比，本专利技术具备以下有益技术效果：
[0017]该一种含氮硫有序介孔碳包覆纳米Co3O4的析氧催化剂，邻苯二甲酸酐与2
‑
(4
‑
(噻吩
‑2‑
基)苯基)噻吩发生傅克酰基化反应，得到对苯二(羧基苯)噻吩化合物，然后与吡咯单体发生超交联，得到含羧基噻吩吡咯超交联聚合物，得到的超交联聚合物的比表面积大，并且具有一定的微孔结构，聚合物的主链中含有丰富的芳羧基，可以与Co
2+
发生强烈金属配位作用，从而使Co
2+
均匀地负载到超交联聚合物的基体中，然后在预氧化过程中，Co
2+
被氧化生成纳米Co3O4，碳化和活化过程中超交联聚合物碳化形成含氮硫有序介孔碳，生成的纳米Co3O4均匀地生长在有序介孔碳的基体中，克服了纳米Co3O4的团聚问题，具有更高的催化效率，并且有序介孔碳含有的吡啶氮、吡咯氮、噻吩硫等官能团使介孔碳具有更高的电化学性能，导电性优良，活性催化位点多，比表面积大，与电解液的润湿性优良，为电子和反应物提供了扩散路径，使含氮硫有序介孔碳包覆纳米Co3O4的析氧催化剂在催化析氧反应中，具有优异的析氧反应催化活性。
附图说明
[0018]图1是合成对苯二(羧基苯)噻吩化合物的反应图；
[0019]图2是实施例2的含羧基噻吩吡咯超交联聚合物的红外光谱图；
[0020]图3是实施例以及对比例的析氧催化剂在0.1mol/L的KOH溶液中的LSV曲线图。
具体实施方式
[0021]为实现上述目的，本专利技术提供以下实施方式和实施例：一种含氮硫有序介孔碳包覆纳米Co3O4的析氧催化剂，合成方法为以下步骤：
[0022](1)将邻苯二甲酸酐和2
‑
(4
‑
(噻吩
‑2‑
基)苯基)噻吩溶解到二氯甲烷中，在氮气气氛中加入催化剂三氯化铝，其中邻苯二甲酸酐、2
‑
(4
‑
(噻吩
‑2‑
基)苯基)噻吩、三氯化铝的摩尔比例为2
‑
2.8:1:2.2
‑
3.6，加热至25
‑
50℃反应12
‑
24h，反应后减压浓缩，以石油醚:乙酸乙酯＝3
‑
10:1的洗脱剂进行柱层析分离，制得对苯二(羧基苯)噻吩化合物。
[0023](2)将对苯二(羧基苯)噻吩化合物和吡咯溶解到1,2
‑
二氯甲烷中，在氮气气氛中加入二甲氧基甲烷和三氯化铁，搅拌均匀后加热至70
‑
85℃，反应15
‑
30h，反应后冷却，减压蒸馏，依次使用甲醇、四氢呋喃和二氯甲烷抽提，制得含羧基噻吩吡咯超交联聚合物。
[0024](3)将含羧基噻吩吡咯超交联聚合物加入到N,N...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含氮硫有序介孔碳包覆纳米Co3O4的析氧催化剂的合成方法，其特征在于：所述合成方法为以下步骤：(1)将含羧基噻吩吡咯超交联聚合物加入到N,N
‑
二甲基甲酰胺中，加入钴盐的水溶液，在30
‑
50℃中超声分散处理30
‑
60min，然后升温至50
‑
75℃，搅拌12
‑
36h，将混合产物置于气氛炉中，加热预氧化，然后再升温碳化，将碳化产物与氢氧化钾混合均匀，置于气氛炉中升温活化，制得含氮硫有序介孔碳包覆纳米Co3O4的析氧催化剂。2.根据权利要求1所述的一种含氮硫有序介孔碳包覆纳米Co3O4的析氧催化剂的合成方法，其特征在于：所述钴盐的用量为含羧基噻吩吡咯超交联聚合物的15
‑
40％。3.根据权利要求1所述的一种含氮硫有序介孔碳包覆纳米Co3O4的析氧催化剂的合成方法，其特征在于：所述预氧化过程在空气气氛中，升温至300
‑
350℃处理1
‑
2h；碳化过程在氮气气氛中，升温至700
‑
850℃处理2
‑
3h；活化过程在700
‑
800℃中处理1
‑
2h。4.根据权利要求1所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：李静，王德宝，
申请(专利权)人：青岛市计量技术研究院，
类型：发明
国别省市：