[发明专利]氮掺杂石墨烯/钴铁类水滑石双功能氧催化剂及其制备方法和应用

摘要

本发明公开了一种氮掺杂石墨烯/钴铁类水滑石的非贵金属双功能氧催化剂及其制备方法和应用。该催化剂是以双金属氧化物为前体，利用类水滑石的记忆效应，将氧化石墨烯与钴铁类水滑石组装，还原条件下再将氮化碳纳米片掺杂到复合物中得到氮掺杂石墨烯/钴铁类水滑石复合物。本发明所述的氧催化剂在碱性条件下，同时对析氧反应(OER)和氧还原反应(ORR)具有较高的催化活性、良好的稳定性和优异的甲醇耐受性，且所用原料成本低、制备方法简单，易于操作，便于大规模生产。

主权项

一种氮掺杂石墨烯/钴铁类水滑石双功能氧催化剂，其特征在于所述催化剂是先将钴铁类水滑石高温煅烧成钴铁双金属氧化物，利用类水滑石的记忆效应在氧化石墨烯的水分散液中恢复，将氧化石墨烯组装到钴铁类水滑石片上，形成氧化石墨烯/钴铁类水滑石复合物，然后在水合肼存在条件下进行氮化碳纳米片的掺杂，形成氮掺杂石墨烯/钴铁类水滑石片状纳米复合物，所述钴铁双金属氧化物记为CoFe‑LDO，钴铁类水滑石记为LDH，所述氧化石墨烯记为GO，氧化石墨烯/钴铁类水滑石记为GO/LDH，氮掺杂石墨烯/钴铁类水滑石记为NG/LDH；所述氮掺杂石墨烯/钴铁类水滑石双功能氧催化剂的制备方法，其特征在于包括以下具体步骤：(a)CoFe‑LDO杂化物的制备将六水合氯化钴和六水合氯化铁按一定摩尔比溶解于超纯水中，使金属离子总浓度为0.215mol/L，搅拌使其完全溶解，然后匀速滴入1.5mol/L NaOH，直至pH＝8，将该混合液移入反应釜中，于130℃反应24h，反应液离心分离后，分别用去离子水和乙醇洗涤三次，干燥研磨后于空气氛围下500℃煅烧5h，所得产物即为CoFe‑LDO杂化物；(b)GO/LDH复合物的制备将一定量GO分散于超纯水中，超声分散4小时，5000rpm离心10min除去未剥离的GO，使其最终浓度为1.0～6.0mg/mL，移取50mL该溶液，搅拌条件下缓慢加入50mg将步骤(a)中所得CoFe‑LDO杂化物，并于室温下搅拌12h，然后3000rpm离心10min，所得沉淀即为GO/LDH复合物；(c)NG/LDH氧催化剂的制备称取0.5g石墨相氮化碳，记为C3N4，溶解于14mL浓硫酸溶液中，室温搅拌两小时后加入50mL去离子水稀释，超声2h后将混合液洗至中性，得到0.3～0.7mg/mL C3N4纳米片水分散液，超声条件下在80mL该溶液中分批加入一定量步骤(b)中所得GO/LDH复合物，然后在搅拌条件下加入2mL水合肼，搅拌均匀后将混合液移至反应釜中，于180℃条件下反应20h，所得固体样品离心分离后用去离子水和乙醇洗涤三次，干燥后得双功能氧催化剂NG/LDH。