[发明专利]一种Co-N/CNTs催化材料的制备方法及其所得催化材料和应用

权利要求书

1.一种Co-N/CNTs催化材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1) 将羧基化的碳纳米管溶于有机溶剂中，并加入表面活性剂进行超声处理，得到碳纳米管分散液；

(2) 将氯化钴在搅拌的条件下加入步骤(1)的碳纳米管分散液中，混合均匀；

(3) 将2-甲基咪唑溶于的甲醇溶液后逐滴加入步骤(2)的混合溶液中，继续搅拌后装入高温反应釜反应，得到沉淀反应物；

(4) 将得到的产物经过洗涤、干燥和研磨得到前驱体粉末，然后在惰性气氛下进行高温碳化，得到Co-N/CNTs催化材料。

2.根据权利要求1所述的Co-N/CNTs催化材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，羧基化的碳纳米管与表面活性剂的质量比为1：1~5；其中，表面活性剂包括聚乙烯吡咯烷酮和十六烷基三甲基溴化铵中的任一种。

3.根据权利要求1所述的Co-N/CNTs催化材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，每25~50mL的有机溶剂中添加35~70 mg的羧基化的碳纳米管；其中，所述有机溶剂包括甲醇、乙醇、去离子水或N,N-二甲基甲酰胺中的任一种；所述羧基化的碳纳米管的长度为1~30 μm。

4.根据权利要求1所述的Co-N/CNTs催化材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，每25~50 mL的碳纳米管分散液中添加222~444 mg的氯化钴。

5.根据权利要求1所述的Co-N/CNTs催化材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，每25~50ml甲醇溶液中添加1~2 mmol的2-甲基咪唑；其中，2-甲基咪唑与表面活性剂的质量比为1：3~5。

6.根据权利要求1所述的Co-N/CNTs催化材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，搅拌时间为0.5-1h，反应时间为24~48 h，反应温度为100-120℃。

7.根据权利要求1所述的Co-N/CNTs催化材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中，高温碳化温度为600~800℃，碳化温度为2~4 h，加热速率为1-5℃·min^-1。

8.一种权利要求1~7任一项所述的方法制备得到的Co-N/CNTs催化材料。

9.权利要求8所述的Co-N/CNTs催化材料作为微生物燃料电池阴极的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，具体包括以下步骤：将Co-N/CNTs催化材料与PTFE乳液、异丙醇和去离子水充分混合均匀，得到浆液并涂抹在不锈钢网上制成阴极催化剂层，然后与阳极电极和质子交换膜组装成微生物燃料电池装置。