[发明专利]具有高比表面和晶化孔壁的介孔Co3O4/C复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种介孔结构Co₃O₄/C复合材料及其制备方法，该方法制备的材料不仅具有高的比表面积，还具有良好的结晶性能，是一种良好的燃料电池电极催化剂材料。属于无机纳米材料制备和合成领域。 

背景技术

Co₃O₄/C作为一类重要的非贵金属复合材料，是一种优良的燃料电池的阴极催化剂，通过对提高其比表面积和Co₃O₄的晶化程度可大大提高其对O₂的催化还原活性，这对降低燃料电池的成本具有重要意义。 

介孔Co₃O₄/C复合材料具有高的比表面积、有序的孔道结构和可调控的孔径尺寸，大大提高了其催化活性。特别是近几年发展起来的硬模板法制备合成的介孔Co₃O₄/C复合材料，不仅具有高的电化学催化活性，还具有高的电催化稳定性，在电化学催化等领域具有广阔的应用前景。然而，文献中所报道的制备方法，首先制备出介孔碳，以此作为载体，再在此载体上负载Co₃O₄，从而获得介孔Co₃O₄/C复合材料，此种方法往往耗时耗力，且Co₃O₄分散不均匀。其次，钴的前躯体不易进入到介孔孔道中，而大量地富集在孔道外侧，甚至聚集在孔道端口，大大降低高表面积的介孔材料在催化过程的应用效率。更为重要的是，此种方法中Co₃O₄负载碳材料的外侧或孔道中，使其有效比表面积大大降低，如若Co₃O₄存在于碳骨架中，这样将使其催化效率大为提高。因此，提高Co₃O₄分散均匀性和有效比表面积，以及优化Co₃O₄/C复合材料的简易化制备工艺，对于Co₃O₄/C复合材料催化性能优势的发挥和应用具有至关重要的作用。近几年发展起来的硬模板法可实现模板的完美复型，制备出高比表面积和孔道有序的介孔材料，而三维立方孔道结构(Ia3d)的介孔二氧化硅模板(KIT-6模板)是一种有效的硬模板。例如中国专利CN101912784B公开一种介孔Co₃O₄/β-MnO₂的制备方法，该方法通过将硝酸钴和硝酸锰的水溶液浸渍于三维立方孔道结构的介孔二氧化硅模板(KIT-6模板)的正己烷溶液中，并进行干燥、焙烧、溶解、洗涤和干燥来制备介孔Co₃O₄/β-MnO₂复合材料，所制得的复合材料具有较好的分散均匀性和较高的有效比表面积，但在该方法中浸渍需要不断搅拌，且所采用的正己烷溶剂成本较高并对人体有一定的危害。而且目前关于使用KIT-6模板制备介孔Co₃O₄/C复合材料的方法还鲜有报道。 

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种制备高比表面和孔道有序的介孔Co₃O₄/C复合材料的方法，以通过简便快捷，省时省力的方法获得晶化孔壁的Co₃O₄与碳的均匀复合体系。 

在此，本发明提供一种制备高比表面和孔道有序的介孔Co₃O₄/C复合材料的方法，所述方法包括：将包含钴源和碳源的乙醇前驱液与具有三维立方孔道结构的介孔二氧化硅模板混合搅拌直至溶剂挥干，以通过一步纳米灌注法使所述前驱液完全灌注至所述模板的介孔孔道中从而制得前驱体/模板复合物；将所述前驱体/模板复合物进行热处理以制得Co₃O₄/C/模板复合物；以及用强酸或强碱去除所述Co₃O₄/C/模板复合物中的模板以制得所述介孔Co₃O₄/C复合材料。