一种非晶态ZIF-67衍生钴掺杂多孔碳纳米材料的制备方法及产品和应用技术

本发明专利技术公开了一种非晶态ZIF

【技术实现步骤摘要】
一种非晶态ZIF
‑
67衍生钴掺杂多孔碳纳米材料的制备方法及产品和应用


[0001]本专利技术涉及能源材料及电化学领域，具体涉及一种非晶态ZIF
‑
67衍生钴掺杂多孔碳纳米材料的制备方法及产品和应用。

技术介绍

[0002]钴掺杂的碳纳米复合材料一般表现出良好的电催化活性。制备钴掺杂的碳纳米复合材料的前驱体有很多，其中沸石咪唑酯骨架结构材料ZIF
‑
67具有丰富的钴和氮源、比表面积大等优点，被广泛应用于制备纳米催化剂。然而，ZIF
‑
67通常需要高温热解才能获得所需的催化剂，在这种情况下钴原子会自发聚集形成大尺寸的钴颗粒，导致电化学活性面积和活性位点减少。克服金属原子严重聚集的方法主要有“金属
‑
掺杂隔离”、“杂原子
‑
掺杂锚定”和“空间隔离”三种。然而，这些方法繁琐且工艺复杂，增加了制备费用，提高了质量保证，不利于批量生产的可扩展性，极大地阻碍了它们的广泛应用。因此，探索新的策略来简单和低成本地调节金属原子的均匀分布而不显著聚集是非常需要的。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种非晶态ZIF
‑
67衍生钴掺杂多孔碳纳米材料的制备方法；本专利技术的目的之二在于提供所述方法制备得到的钴掺杂多孔碳纳米材料制备的电化学传感器；本专利技术的目的之三在于提供所述电化学传感器在检测O2·
－方面的应用。
[0004]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0005]1、一种非晶态ZIF
‑
67衍生钴掺杂多孔碳纳米材料的制备方法，包含如下步骤：
[0006](1)称取一定量的六水和硝酸钴和二甲基咪唑，直接混合后剧烈搅拌进行固相反应，得到固溶体即非晶态ZIF
‑
67；
[0007](2)将上述得到的非晶态ZIF
‑
67置于石英管式炉中，在氮气气氛下碳化，得到多孔气凝胶材料；
[0008](3)将上述得到的多孔气凝胶材料研磨成粉末，得到钴掺杂多孔碳材料。
[0009]本专利技术优选的，步骤(1)中，所述六水和硝酸钴和二甲基咪唑的摩尔比为1:4～1:32。
[0010]本专利技术优选的，步骤(1)中，所述搅拌的时间为10s～30s。
[0011]本专利技术优选的，步骤(2)中，所述碳化为升温到900℃碳化1h。
[0012]本专利技术优选的，所述升温的速率为2℃/min～10℃/min。
[0013]2、所述方法制备得到的钴掺杂多孔碳纳米材料制备的电化学传感器，制备方法如下：用水将钴掺杂多孔碳纳米材料配置成1.0mg/mL的悬浮液浆料后，超声混匀，滴涂5.0μL该浆料在打磨过的玻碳电极表面，自然干燥后，滴涂3.0μL0.5％的Nafion乙醇溶液在修饰电极表面，自然干燥后得到电化学传感器。
[0014]所述钴掺杂多孔碳纳米材料的粒径为7
‑
16nm。
[0015]3、所述电化学传感器在检测O2·
－方面的应用。
[0016]本专利技术的有益效果在于：
[0017]为了减弱Co原子在碳化过程中因团聚带来的不利影响，本专利技术通过简单快速的固相反应制备了非晶态的ZIF
‑
67(a
s
‑
ZIF
‑
67)，不需要添加任何溶剂即可得到非晶态的ZIF
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67固溶体，以非晶态的ZIF
‑
67固溶体为前驱体通过高温热解法即可得到钴掺杂多孔碳纳米材料(a
s
‑
Co@NC)，热解过程中非晶态配位调节的Co掺杂碳基材料形貌变成了三维交联多孔结构。最重要的是不仅Co的团聚明显减弱了，进而提高了催化剂在电解水和电化学传感中的催化活性，还提高了催化剂的产率。
附图说明
[0018]为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图进行说明：
[0019]图1为本专利技术的技术流程图；
[0020]图2为实施例1制备的a
s
‑
Co@NC的照片；
[0021]图3为对比实施例制备的c
r
‑
Co@NC的照片；
[0022]图4为实施例1制备的a
s
‑
Co@NC的SEM图；
[0023]图5为对比实施例制备的c
r
‑
Co@NC的SEM图；
[0024]图6为实施例1制备的a
s
‑
Co@NC的TEM图；
[0025]图7为实施例1制备的a
s
‑
Co@NC的像差校正HAADF
‑
STEM图像；
[0026]图8为对比实施例制备的c
r
‑
Co@NC的TEM图；
[0027]图9为实施例1制备的a
s
‑
ZIF
‑
67和对比实施例制备的c
r
‑
ZIF
‑
67的XRD图；
[0028]图10为实施例1制备的a
s
‑
ZIF
‑
67和对比实施例制备的c
r
‑
ZIF
‑
67的红外光谱图；
[0029]图11为实施例1制备的a
s
‑
Co@NC和对比实施例制备的c
r
‑
Co@NC的XRD图；
[0030]图12为实施例1制备的a
s
‑
ZIF
‑
67的DSC曲线，升温速度5℃/分钟；
[0031]图13为实施例1制备的a
s
‑
Co@NC和对比实施例制备的c
r
‑
Co@NC的氮气吸附脱附等温线；
[0032]图14为实施例1制备的a
s
‑
Co@NC、对比实施例制备的c
r
‑
Co@NC和商用的催化剂RuO2修饰电极的OER反应的(线性扫描伏安法)LSV曲线；
[0033]图15为实施例1制备的a
s
‑
Co@NC、对比实施例制备的c
r
‑
Co@NC和商用的催化剂RuO2修饰电极的OER反应，电流密度为10mA
·
cm
‑2时的过电势柱状图；
[0034]图16为实施例1制备的a
s
‑
Co@NC和对比实施例制备的c
r
‑
Co@NC修饰电极检测O2·
－
的循环伏安曲线；
[0035]图17为实施例1制备的a
s
‑
Co@NC和对比实施例制备的c本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非晶态ZIF
‑
67衍生钴掺杂多孔碳纳米材料的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：(1)称取一定量的六水和硝酸钴和二甲基咪唑，直接混合后剧烈搅拌进行固相反应，得到固溶体即非晶态ZIF
‑
67；(2)将上述得到的非晶态ZIF
‑
67置于石英管式炉中，在氮气气氛下升温到700～1000℃碳化1h，得到多孔气凝胶材料；(3)将上述得到的多孔气凝胶材料研磨成粉末，得到钴掺杂多孔碳材料。2.根据权利要求1所述的非晶态ZIF
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67衍生钴掺杂多孔碳纳米材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述六水和硝酸钴和二甲基咪唑的摩尔比为1:4～1:32。3.根据权利要求1所述的非晶态ZIF
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67衍生钴掺杂多孔碳纳米材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述搅拌的时间为10～30s。4.根据权利要求1所述的非晶态ZIF

【专利技术属性】
技术研发人员：李长明，孙伟，施璠，张恒，史转转，邹卓，
申请(专利权)人：海南师范大学，
类型：发明
国别省市：