[发明专利]一种氮掺杂碳纳米阵列/铁酸钴材料

说明书

本发明提供了一种氮掺杂碳纳米阵列/铁酸钴材料，通过聚苯胺‑铁钴金属有机骨架煅烧获得，纳米材料为双氧化物、比表面积大、催化位点多，催化效率更高；本发明通过金属有机骨架与各种金属离子的良好相容性使得其容易合成均匀的多金属尖晶石，以此使双金属氧化物和导电聚合物相结合，可以使不同类型电极材料之间优势相互结合，同时聚苯胺通过煅烧能够形成掺杂氮的碳，进一步提高了导电性，解决铁钴氧化物导电性差、稳定性差的缺陷。

技术领域

本发明属于电极材料制备领域，涉及一种铁酸钴负载于氮掺杂碳纳米阵列材料。

背景技术

在新能源技术中（例如金属-空气电池、燃料电池和分解水），氧气和水之间的电催化转化是非常关键的步骤。目前，铂及铂的复合材料被认为是用于氧还原反应(ORR)的最佳催化剂，而钌和铱的氧化物是析氧反应(OER)的最佳催化剂。然而，这些材料成本高并且耐久性差，很难广泛应用。因此，目前研究集中于过渡金属氧化物作为OER的催化剂。铁氧体MFe₂O₄（M = Co，Ni，Cu等）有诸多优点，如：低成本、高丰度、低毒性等优点，但在电化学过程中导电性差，限制了其催化活性和稳定性，故需寻找克服其导电性差的问题的方法。

发明内容

针对目前铁氧体导电性能差的问题，本发明提供一种基于铁钴聚苯胺阵列的纳米材料，催化效率更高、导电性更好。

本发明还提供了一种上述电极材料的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

一种氮掺杂碳纳米阵列/铁酸钴（N-C@CoFe₂O₄）材料，通过聚苯胺-铁钴金属有机骨架（PANI-Fe/Co MOF）在保护气体下煅烧获得。

所述煅烧温度为300-500℃，优选为400℃；煅烧时间优选为2-4h。

所述保护气体选自氮气或惰性气体，如氦气、氩气。

所述铁钴-聚苯胺的金属有机骨架，采用以下方法制备：

（1）碳纸酸洗后漂洗、烘干；

所述酸为硝酸。所述酸的浓度为1mol/L。

酸洗温度为60-90℃。

（2）在步骤（1）获得的碳纸表面，以高氯酸与苯胺为原料电沉积制备聚苯胺纳米阵列（N-CNAs），然后漂洗、烘干；

所述高氯酸与苯胺的摩尔比为10:1。

电沉积中电流为0.15mA/cm²，沉积时间为5400s。

（3）水热法在步骤（2）获得的碳纸表面，以铁盐、钴盐及DOBDC（2,5-二氧-1,4-苯二羧酸）制备聚苯胺-铁钴金属有机骨架。

所述铁盐优选为亚铁盐，选自四水合氯化亚铁。

所述钴盐选自六水合硝酸钴。

所述铁离子、钴离子与DOBDC的摩尔比为56:29:25。

所述水热温度为120℃，反应时间为24h。

一种上述氮掺杂碳纳米阵列/铁酸钴材料在制备析氧反应电极中的应用。

一种上述氮掺杂碳纳米阵列/铁酸钴材料在电池电极和分解水中的应用。

本发明具有以下优点：