一种Co-N-C催化剂的制备方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种Co-N-C催化剂的制备方法
【背景技术】
[0002]质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有易启动、能量转化率高、绿色环保等特点，是一种具有巨大潜力的理想能源.与Pt/C催化剂相比，迄今为止研究的非贵金属基催化剂氧还原活性较低，酸性介质中稳定性低，限制了其实际应用，所以具有良好催化氧还原活性和稳定性的非贵金属基催化剂是PEMFC的重要研究领域之一。含氮Fe、Co的配合物或含氮复合物(酞菁、扑啉)催化剂的氧还原电催化性能早在20世纪60年代就已被报道.随后学者们研究了不同的金属元素、含氮前躯体和热处理条件对该类催化剂催化性能的影响。通常，MeNx (Me-Co, Fe)被认为是该类催化剂的氧还原催化活性中心，氮源的选择可以来自酞菁、卩卜啉等大环化合物，也可以来自NH3、乙二胺、尿素等含氮前驱体。Si Yujun等将乙炔黑、尿素和氯化钴研磨混合，经高温热处理后制备出了在酸性溶液中具有抗甲醇性能的Co-C-N催化剂。戴先逢等采用溶剂分散法制备了吡咯(Py)掺杂碳负载纳米钴酞菁复合催化剂(Py-CoPc/C)，发现Py的掺杂可以明显改善CoPc/C对氧还原的电催化性能，与Co配位的P比啶N和石墨N结构是催化剂的活性心。Nguyen-Thanh等采用X射线能谱分析(EDS)和X射线吸收精细结构分析(EXAFS)确定了 CoNx(x = 3,4)结构是催化剂Co-PPy-C的活性中心，并发现不同比例的Py/Co、C/Py对催化剂的氧还原活性有重要的影响.李赏等以三聚氰胺聚合物基碳负载铁盐，高温热解后制备了催化剂Fe-N/C，发现其具有较大层间距的石墨碳结构，更有利于将N引入石墨碳中，含氮石墨结构是影响催化剂氧还原催化活性的重要因素。热处理过程对于获得适宜的Me-N-C类催化剂结构是必要的。Faubert等研究热处理温度对催化剂CoTPP/C的。影响，研究结果显示在500-700°C的热处理温度下更容易生成活性中心Co-N4，从而获得具有较好活性的催化剂。但当热处理温度> 900°C时，大量的金属Co包裹在石墨碳中，已不存在CoNx结构，催化剂活性明显下降。Me-N-C类催化剂中氧还原活性中心仍存在争议，也有文献认为活性中心是适宜的CNx结构，过渡金属只是催化该活性中心的生成.G1rdano等道了以尿素为氮源制备具有高氮含量的纳米金属氮化物(TiN, CrN,Mo 2 N)的方法，但未见CoNx的合成，如何控制适宜的制备条件以获得具有氧还原活性的CoNx结构仍需要进一步研究。本文以合成CoNx为目标，首次以钴-尿素的络合物经高温热转化制备了 PEMFC氧还原催化剂，研究了催化剂制备条件对C、N、Co的含量及ORR活性和稳定性的影响，初步探讨了催化剂的活性中心结构与ORR活性和稳定性的关系。
【发明内容】
[0003]本发明提出一种Co-N-C催化剂的制备方法。
[0004]本发明所述一种Co-N-C催化剂的制备方法，包括以下步骤:将4gCoCl 2.6H20与8mL无水乙醇混合，搅拌20min，直至溶液清澈透明，按照不同的urea/Co配比缓慢加入尿素，在60°C搅拌至尿素完全溶解，溶液变成粘稠胶状后得到前躯体。将前躯体在氩气的气氛下按3°C /min的升至一定温度，保温2h，然后在氩气的保护下冷却到室温，即得到Co-N-C催化剂。
[0005]本发明所述Co-N-C催化剂，制备方法简单，实用性强，可工业化生产。
【具体实施方式】
[0006]本发明所述一种Co-N-C催化剂的制备方法，包括以下步骤:将4gCoCl 2.6H20与8mL无水乙醇混合，搅拌20min，直至溶液清澈透明，按照不同的urea/Co配比缓慢加入尿素，在60°C搅拌至尿素完全溶解，溶液变成粘稠胶状后得到前躯体。将前躯体在氩气的气氛下按3°C /min的升至一定温度，保温2h，然后在氩气的保护下冷却到室温，即得到Co-N-C催化剂。
【主权项】
1.一种Co-N-C催化剂的制备方法，包括以下步骤:将4gCoCl 2.6H20与8mL无水乙醇混合，搅拌20min,直至溶液清澈透明，按照不同的urea/Co配比缓慢加入尿素，在60°C搅拌至尿素完全溶解，溶液变成粘稠胶状后得到前躯体，将前躯体在氩气的气氛下按:TC /min的升至一定温度，保温2h，然后在氩气的保护下冷却到室温，即得到Co-N-C催化剂。
【专利摘要】本发明提出一种Co-N-C催化剂的制备方法。本发明所述一种Co-N-C催化剂的制备方法，包括以下步骤：将4gCoCl2·6H2O与8mL无水乙醇混合,搅拌20min,直至溶液清澈透明,按照不同的urea/Co配比缓慢加入尿素,在60℃搅拌至尿素完全溶解,溶液变成粘稠胶状后得到前躯体，将前躯体在氩气的气氛下按3℃/min的升至一定温度,保温2h,然后在氩气的保护下冷却到室温,即得到Co-N-C催化剂。本发明所述Co-N-C催化剂，制备方法简单，实用性强，可工业化生产。
【IPC分类】H01M4/90
【公开号】CN105576259
【申请号】CN201510818878
【发明人】王耀斌
【申请人】陕西高新实业有限公司
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2015年11月24日