[发明专利]一种多孔凹形立方体CoNP@CoSA-N-C催化剂及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种多孔凹形立方体Co_NP@Co_SA-N-C催化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤(1):制备ZnCo-ZIF纳米立方体；

步骤(2):以ZnCo-ZIF纳米立方体、十六烷基三甲基溴化铵、氢氧化钠溶液、正硅酸乙酯的甲醇溶液为原料，混合反应制备ZnCo-ZIF@mSiO₂纳米立方体；

步骤(3):将ZnCo-ZIF@mSiO₂纳米立方体在惰性气体的保护下碳化，再将二氧化硅层蚀刻掉以形成多孔凹形立方体Co单原子催化剂Co_SA-N-C；

步骤(4)：将Co_SA-N-C与足量的有机金属钴置于一升华容器内，将有机金属先在其升华温度下升华到Co_SA-N-C表面及内部，再升温至700-1100℃煅烧，合成生成包含高活性的Co纳米颗粒和Co-N₄复合位的Co_NP@Co_SA-N-C催化剂。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)包括以下步骤：将1～2mmolZn(NO₃)₂.6H₂O，0.1～0.2mmol Co(NO₃)₂.6H₂O和10-40mg十六烷基三甲基溴化铵溶解在15-25ml的超纯水，再在剧烈搅拌下以形成均匀的溶液；同时，将100-120mmol 2-甲基咪唑溶于130-150mL超纯水中；然后，在剧烈搅拌下将上述溶液倒入2-甲基咪唑溶液中12～24小时；最后，通过离心分离得到200～400nm左右大小尺寸的ZnCo-ZIF纳米立方体。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中：ZnCo-ZIF纳米立方体、十六烷基三甲基溴化铵、氢氧化钠、正硅酸乙酯的质量比为：400-600:100-200:50-70:1-2。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中：有机金属钴首先在熔点以下温度150～200℃下蒸发到Co_SA-N-C催化剂中，再升温到900～1100℃热解。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的有机金属钴为乙酰丙酮钴、钴酞菁、二茂钴、醋酸钴中的至少一种。

6.一种多孔凹形立方体催化剂，其特征在于：包括每个面分别内凹的凹形立方体，所述的凹形立方体上分布有介孔结构，催化剂比表面积为500-2000m² g^-1；每个面上及内部具有分散的单金属纳米颗粒；催化剂尺寸大小为200～400nm，单金属纳米颗粒的大小为5～15nm；其中，所述的凹形立方体为Co_SA-N-C；所述的单金属纳米颗粒为Co，Co纳米颗粒和Co-N₄复合位点锚固在多孔凹形纳米立方氮掺杂碳基质上。

7.根据权利要求6所述的一种多孔凹形立方体催化剂，其特征在于，所述的介孔为ZnCo-ZIF表面包覆介孔二氧化硅涂层刻蚀掉形成。

8.根据权利要求6或7所述的一种多孔凹形立方体催化剂在电催化氧还原及质子交换膜燃料电池中的应用。