[发明专利]一种钴酸镍纳米材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种钴酸镍纳米材料及其制备方法和应用，该纳米材料呈球状，直径为0.1～1μm，具有多孔、空心的结构，并具有富氧空位缺陷，比表面积为20‑70m²/g。本发明的钴酸镍纳米材料活性高、制备成本低，且制备方法简单易行，可实现大规模批量制备，具有良好的工业化应用前景。

技术领域

本发明属于电催化剂制备技术领域，具体涉及一种钴酸镍纳米材料及其制备方法和应用。

背景技术

直接甲醇燃料电池由于其体积能量密度高、甲醇来源丰富和可再生、污染排放可忽略、易于储存和运输以及与现有石油分布相匹配而受到越来越多的关注，有望成为新一代绿色能源而得到广泛的应用。直接甲醇燃料电池中的催化反应主要包括阳极的甲醇氧化反应和阴极的氧气还原反应。虽然铂基贵金属材料已被作为阳极和阴极催化剂广泛研究，但其昂贵的价格和差的循环性极大的限制其实际产业化应用。

在众多非贵金属催化材料中，钴酸镍由于其高的本征活性、好的耐久性、强的耐蚀性和低廉易获得等特性，使其在电催化领域具有特别的吸引力。然而，常见的钴酸镍电催化剂性能因其结构形貌单一和催化活性相对较弱等缺点，导致其仍然远远不能满足其在直接甲醇燃料电池应用的需求。

发明内容

针对上述问题，本发明的一个目的是提供一种钴酸镍(化学式为NiCo₂O₄)纳米材料，与现有的钴酸镍纳米材料及常见钴/镍基化合物相比，该材料作为电催化剂在甲醇电氧化和氧气电还原方面表现出较高的催化活性和耐久性。

本发明的另一个目的是提供一种钴酸镍纳米材料的制备方法。

本发明的又另一个目的是提供如上所述的钴酸镍纳米材料作为催化剂在甲醇电氧化和氧气电还原反应中的应用。

为达到上述目的，本发明提供一种钴酸镍纳米材料，所述纳米材料呈球状，直径为0.1～0.8μm，优选0.3～0.8μm，具有多孔、空心的结构，并具有富氧空位缺陷，比表面积为20-50m²/g，优选30-50m²/g。

在一些实施方案中，所述纳米材料的直径为0.5μm，比表面积为48.6m²/g。

在一些实施方案中，本发明提供一种如上所述的钴酸镍纳米材料的制备方法，其步骤如下：

1)将Ni(NO₃)₂·6H₂O和Co(NO₃)₂·6H₂O加入到异丙醇溶液中，超声使其充分溶解，其中Ni(NO₃)₂·6H₂O与Co(NO₃)₂·6H₂O的质量比为1∶1～3，优选1∶1～2，Ni(NO₃)₂·6H₂O与异丙醇的比例为1mg∶0.5～3ml，优选1mg∶0.5～2ml；

2)将丙三醇和水加入到步骤1)所得的混合溶液中，充分搅拌溶解，其中Ni(NO₃)₂·6H₂O与丙三醇的比例为1mg∶0.05～0.5ml，优选1mg∶0.05～0.3ml；Ni(NO₃)₂·6H₂O与水的比例为1mg∶0.01～0.5ml，优选1mg∶0.01～0.1ml；

3)将步骤2)得到的溶液置于聚四氟内衬反应釜中，将所述反应釜置于均相反应器中，在140～220℃，优选140～200℃下反应6～15h，优选6～12h，反应后冷却至室温，然后将所得产物离心，分别用乙醇和水洗涤1次，随后在105℃下干燥；