[发明专利]氮钴双掺杂多孔碳复合物双功能氧催化剂及其制备方法和应用

摘要

一种氮钴双掺杂多孔碳复合物双功能氧催化剂及其制备方法和应用。本发明先在水热条件下将二价钴离子和三聚氰胺与海藻酸钠复合得到三聚氰胺/钴离子‑海藻酸钠，再经高温煅烧后制备氮钴双掺杂多孔碳双功能氧催化剂。所述催化剂为孔状材料，其的平均孔径为2～8nm，比表面积在148.23～188.27m²/g。所述催化剂中钴以Co单质、CoO和Co₃O₄的形式存在；掺杂在孔状碳材料中的氮原子主要以吡咯型和吡啶型存在。由于钴和氮的双掺杂，所述催化剂在碱性条件下同时具有高的析氧和氧还原催化活性、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

1.一种氮钴双掺杂多孔碳复合物双功能氧催化剂，其特征在于所述催化剂是以海洋多糖海藻酸钠为模板，在水热条件下，先将二价钴盐和三聚氰胺与海藻酸钠复合制备三聚氰胺/钴‑海藻酸钠，然后将其高温煅烧后得到氮钴双掺杂多孔碳复合物双功能氧催化剂，所述海藻酸钠记为SA，氮钴双掺杂多孔碳复合物记为Co/NPC；所述氮钴双掺杂多孔碳复合物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)三聚氰胺/Co‑SA复合物的制备将一定量SA分散于200mL去离子水中，80℃加热搅拌8h使其完全溶解，配制浓度为2.5～10mg/mL的SA溶液；六水合氯化钴加入去离子水中，配制钴离子浓度为0.02mol/L的溶液150mL，搅拌过程中缓慢滴加到SA溶液中，搅拌4h后于4000rpm离心10min，收集沉淀物重新分散于200mL去离子水中，然后加入5g三聚氰胺，加热至80℃搅拌1h，将上述混合溶液转入反应釜中，120～150℃水热反应8h，反应液离心分离后用去离子水和乙醇依次洗涤三次，干燥后得到三聚氰胺/Co‑SA复合物；(b)Co/NPC双功能氧催化剂的制备将步骤(a)中所得的三聚氰胺/Co‑SA复合物研磨成粉末，取一定量放在瓷舟中于管式炉中，在氮气氛围下以5℃/min的速率加热，先升高到200℃加热1h，再加热到600～900℃煅烧2～6h，得到所述的Co/NPC双功能氧催化剂；所述氮钴双掺杂多孔碳复合物双功能氧催化剂中的碳来源于自然界含量丰富的海洋多糖SA，钴活性种类以Co单质、CoO和Co3O4的形式存在，钴活性种类的粒径为2～15nm，掺杂在孔状碳材料中的氮原子主要以吡咯型和吡啶型存在；该催化剂为孔状材料，其的平均孔径为2～8nm，比表面积在148.23～188.27m2/g。