本发明专利技术涉及氮掺杂多孔碳微球包覆Ni/Co合金的制备方法，包括如下步骤：将果胶、三聚氰胺、硝酸钴、硝酸镍加入到去离子水中，进行水热反应，得到中间产物；将中间产物在氮气氛围下炭化，得到氮掺杂多孔碳微球包覆Ni/Co合金。发明专利技术通过简单的水热法，制备出氮掺杂多孔碳微球包覆Ni/Co合金。所述制备方法反应步骤少、化学试剂消耗量低、操作简单、反应周期短、且原料来源广泛、简单易得、节能环保、节约成本。节约成本。节约成本。
Preparation of ni/co alloy coated with nitrogen doped porous carbon microspheres
【技术实现步骤摘要】
氮掺杂多孔碳微球包覆Ni/Co合金的制备方法
[0001]本专利技术涉及氮掺杂多孔碳微球包覆Ni/Co合金的制备方法，属于合金领域。
技术介绍
[0002]在绿色能源方面，催化化学的研究为氢能的高效转化与利用提 供了各种催化反应路径，为氢能的化学储存和释放以及生物质原料的转化和利用提供了有 效的技术路线。多孔碳材料，由于具有电导率高、耐酸碱性、比表面积大以及可调的孔隙结构等优点，已被广泛应用于催化剂的载体、电催化、超级电容器等领域。然而，单一的碳材料使电化学惰性和较差的催化活性。杂原子掺杂的碳材料可以提高碳材料的活性，主要是由于杂原子的引入可以活化杂原子附近的碳原子获得更多的反应位点，使原始无催化活性的碳材料变得较为活跃。例如，氮原子的掺入促使碳材料的表面形成多种官能团，增强其化学吸附能力。并且碳材料表面的孤对电子可以增强碳材料的电子传输能力，提高材料的导电性能。然而，由于有限的比表面积，使得可暴露的活性位点较少，导致大多数氮掺杂的催化剂不能够与Pt基催化剂相抗衡。迄今为止，最有效的商业可利用的氧还原催化剂是铂贵金属基催化，然而由于铂基贵金属的储量稀少，成本昂贵，严重阻碍了贵金属催化剂的大量使用。廉价和高效的金属基催化剂的开发对于降低金属基催化剂的生产成本具有非常重要的研究意义。
技术实现思路
[0003]本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种氮掺杂多孔碳微球包覆Ni/Co合金的制备方法。
[0004]为实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案是：氮掺杂多孔碳微球包覆Ni/Co合金的制备方法，包括如下步骤：A、将果胶、三聚氰胺、硝酸钴、硝酸镍加入到去离子水中，进行水热反应，得到中间产物；B、将中间产物在氮气氛围下炭化，得到氮掺杂多孔碳微球包覆Ni/Co合金。
[0005]作为本专利技术的优选实施方案，所述硝酸钴和硝酸镍的总用量与果胶、三聚氰胺的质量比为1:0.5
‑
2:15:20。
[0006]作为本专利技术的优选实施方案，所述硝酸钴和硝酸镍的总用量与果胶、三聚氰胺的最佳质量比为1:1:15:20。
[0007]作为本专利技术的优选实施方案，所述水热的具体步骤为：升温至100
‑
180℃，恒温10
‑
14h。
[0008]作为本专利技术的优选实施方案，所述水热的具体步骤为：升温至120℃，恒温12h。
[0009]作为本专利技术的优选实施方案，所述水热的具体步骤：以2～5℃/min的升温速率升温至100
‑
180℃。
[0010]作为本专利技术的优选实施方案，所述水热的具体步骤为：以3℃/min的升温速率升温至100
‑
180℃。
[0011]作为本专利技术的优选实施方案，所述炭化的具体步骤为：升温至800
‑
950℃，恒温10～24h。
[0012]作为本专利技术的优选实施方案，所述炭化的具体步骤为：以5～10℃/min的升温速率升温至800
‑
950℃。
[0013]作为本专利技术的优选实施方案，所述炭化的具体步骤为：以8℃/min的升温速率升温至900℃，恒温12h。
[0014]采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1、本专利技术通过简单的水热法，制备出氮掺杂多孔碳微球包覆Ni/Co合金。所述制备方法反应步骤少、化学试剂消耗量低、操作简单、反应周期短、且原料来源广泛、简单易得、节能环保、节约成本。
[0015]2、本专利技术方法制备的氮掺杂多孔碳微球包覆Ni/Co合金在催化制氢及能源存储领域有着很高的实用性应用前景。通过构建氮掺杂碳微球负载Ni/Co合金可以有效提高催化剂的析氢活性。对比纯镍和纯钴负载氮掺杂碳微球与镍钴合金负载碳微球催化活性，由于合金之间的晶体界面调控单金属原子内电荷分布，镍钴合金能够增强单金属负载的活性，起到协同催化的作用。
[0016]3、本专利技术通过将金属Ni和Co均匀地分散在碳微球中，具有丰富微孔结构，丰富的多层级孔结构有利于传质和离子传递，减小传递阻力，提高催化性能。
[0017]4、本专利技术中选用的果胶是一种廉价的生物质，价格低廉且资源丰富；且果胶具有丰富的含氧官能团，尤其富含羧基，能够与碱性试剂通过酸碱结合，形成大链分子；同时果胶中的羧基高温脱羧能够产生孔隙结构，具有造孔剂的作用。
附图说明
[0018]图1为实施例1、对比例1
‑
6制得的催化剂在酸性电解液中的极化曲线，图中，C，N，N
Ni,Co
，C
Ni,Co
，CN
Ni
，CN
Co
及CN
Ni,Co
分别代表对比例1、对比例2、对比例3、对比例4、对比例5、对比例6、实施例1制得的催化剂。
[0019]图2为不同扫速下催化的循环伏安曲线，图中，曲线a 、b、c分别代表对比例7、对比例4、实施例1制得的催化剂 CN，C
Ni,Co
，CN
Ni,Co
的循环伏安曲线。
[0020]图3为不同催化剂双电层电容拟合曲线，图中，CN，C
Ni,Co
，CN
Ni,Co
分别代表对比例7、对比例4、实施例1制得的催化剂双电层电容拟合曲线。
[0021]图4为实施例1、对比例1
‑
6制得的催化剂在酸性电解液中的Tafel曲线，图中，C，N，N
Ni,Co
，C
Ni,Co
，CN
Ni
，CN
Co
及CN
Ni,Co
分别代表对比例1、对比例2、对比例3、对比例4、对比例5、对比例6、实施例1制得的催化剂。
[0022]图5为实施例1催化剂CN
Ni,Co
的XRD图。
[0023]图6为实施例1催化剂CN
Ni,Co
的拉曼图谱。
[0024]图7为实施例1催化剂的微观形貌图，图中，(a
‑
c)分别为放大2um、1um、100nm的微观形貌图，（d）为催化剂CN
Ni,Co
选定区域，（e
‑
f）为催化剂CN
Ni,Co
选定区域的Ni和Co单个元素分布图，(g)为)催化剂CN
Ni,Co
的HRTEM图。
[0025]图8为实施例1催化剂CN
Ni,Co
N2吸脱附曲线。
[0026]图9为实施例1催化剂CN
Ni,Co
孔径分布图。
[0027]图10为实施例1催化剂CN
Ni,Co
的XPS图谱，图中，（a）
‑
（f）分别为XPS总图谱、C1s高分辨能谱、O1s高分辨能谱、N1s高分辨能谱、Co2p高分辨能谱、Ni2p高分辨能谱。
[0028]图11 为实施例1催化剂CN
Ni,Co
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.氮掺杂多孔碳微球包覆Ni/Co合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将果胶、三聚氰胺、硝酸钴、硝酸镍加入到去离子水中，进行水热反应，得到中间产物；将中间产物在氮气氛围下炭化，得到氮掺杂多孔碳微球包覆Ni/Co合金。2.根据权利要求1所述的氮掺杂多孔碳微球包覆Ni/Co合金的制备方法，其特征在于，所述硝酸钴和硝酸镍的总用量与果胶、三聚氰胺的质量比为1:0.5
‑
2:15:20。3.根据权利要求1或2所述的氮掺杂多孔碳微球包覆Ni/Co合金的制备方法，其特征在于，所述硝酸钴和硝酸镍的总用量与果胶、三聚氰胺的最佳质量比为1:1:15:20。4.根据权利要求1或2所述的氮掺杂多孔碳微球包覆Ni/Co合金的制备方法，其特征在于，所述水热的具体步骤为：升温至100
‑
180℃，恒温10
‑
14h。5.根据权利要求4所述的氮掺杂多孔碳微球包覆Ni/Co合金的制备方法，其特征在于，所述水热的具体步骤为：升温至120℃，恒温12h。6.根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：许跃龙，任斌，王莎莎，翟作昭，张利辉，刘振法，
申请(专利权)人：河北省科学院能源研究所，
类型：发明
国别省市：
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