[发明专利]一种纳米Co9

说明书

本发明涉及氧还原催化剂技术领域，且公开了一种纳米Co₉S₈‑多孔碳纳米纤维氧还原催化剂，包括以下配方原料及组分：多孔纳米Co₉S₈、聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、磷酸二丁酯。该一种纳米Co₉S₈‑多孔碳纳米纤维氧还原催化剂，多孔形貌的纳米Co₉S₈具有超高的比表面积，磷酸二丁酯作为磷源，聚丙烯腈作为氮源，聚乙烯吡咯烷酮作为致孔剂，制备得到N,P‑共掺杂多孔碳纳米纤维包覆多孔纳米Co₉S₈，P掺杂促进碳层间距的扩展，形成更加丰富的介孔结构，纳米Co₉S₈均匀分散在碳纳米纤维丰富的孔隙结构中，减少了团聚的现象，N掺杂可以增强碳材料的导电性能，纳米Co₉S₈具有的多孔结构，协同作用下促进了电子的传输和迁移，增强催化剂的氧还原催化活性。

技术领域

本发明涉及氧还原催化剂技术领域，具体为一种纳米Co₉S₈-多孔碳纳米纤维氧还原催化剂及其制法。

背景技术

化石能源是人类生产生活中不可或缺的能源物质，但是过度燃烧化石燃料带来的能源危机和环境污染问题日益严峻，开发燃料电池、金属空气电池等新型高效绿色的能源转换系统和装置成为研究热点，其中燃料电池中的阳极反应可以通过电化学催化反应，将特定燃料的化学能转化为电能，实现能源的转化，其阴极电极反应通常是氧还原反应(ORR)，但是氧还原反应在动力学上反应很慢，效率不高，限制了燃料电池的发展和实际应用。

氧还原催化剂是决定燃料电池性能及成本的重要成分，主要分为铂基催化材料与非铂基催化材料，但是铂基等贵金属催化材料产量稀少，价格昂贵，很难商业化广泛应用，因此需要开发非贵过渡金属催化剂，如Fe基催化剂、Co基催化剂、Mn基催化剂等，其中金属硫化物如MoS₂、Co₉S₈具有良好的氧还原催化活性，可以作为氧还原电催化剂，具有广阔的应用前景，但是Co₉S₈的表面积不高，并且容易团聚，减少了电催化活性位点，并且Co₉S₈的本征电阻率较高，不利于电子的传输和扩散，限制了Co₉S₈催化剂的发展和应用。

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种纳米Co₉S₈-多孔碳纳米纤维氧还原催化剂及其制法，解决纳米Co₉S₈的比表面积不高，并且容易团聚的问题，同时解决了Co₉S₈催化剂导电性能较差的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种纳米Co₉S₈-多孔碳纳米纤维氧还原催化剂，包括以下配方原料及组分：多孔纳米Co₉S₈、聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、磷酸二丁酯，质量比为1:0.3-0.6:0.1-0.3:0.02-0.06。

优选的，所述多孔纳米Co₉S₈制备方法包括以下步骤：

(1)向反应瓶中加入乙二醇溶剂和CoCl₂，置于恒温水浴锅中，在30-40℃下匀速搅拌20-40min，再升温至45-55℃，加入十二烷基硫酸钠，匀速搅拌2-3h，加入乙二胺，温度升至60-70℃，匀速搅拌1-2h，将溶液转移进水热反应釜中，并置于烘箱中加热至160-200℃，反应20-30h，将溶液冷却至室温，过滤除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物。