[发明专利]一种含氮硫有序介孔碳包覆纳米Co3

说明书

本发明涉及电化学能源技术领域，且公开了一种含氮硫有序介孔碳包覆纳米Co₃O₄的析氧催化剂，含羧基噻吩吡咯超交联聚合物比表面积大，并且具有一定的微孔结构，主链中含有丰富的芳羧基，可以与Co²⁺发生强烈金属配位作用，从而使Co²⁺均匀地负载到超交联聚合物的基体中，生成的纳米Co₃O₄均匀地生长在有序介孔碳的基体中，有序介孔碳含有的吡啶氮、吡咯氮、噻吩硫等官能团使介孔碳具有更高的电化学性能，导电性优良，活性催化位点多，比表面积大，与电解液的润湿性优良，使含氮硫有序介孔碳包覆纳米Co₃O₄的析氧催化剂在催化析氧反应中，表现出更好的过电势。

技术领域

本发明涉及电化学能源技术领域，具体为一种含氮硫有序介孔碳包覆纳米Co₃O₄的析氧催化剂。

背景技术

近年来燃料电池因其能源转换效率高、环保污染小、使用寿命长等优点，得到了广泛的发展和应用，燃料电池是将燃料的化学能通过电化学反应，直接转换成电能，在燃料电池电化学反应过程中，其阳极析氧反应(OER)由于过电势较高，反应动力学缓慢，限制了燃料电池的电化学能量存储与转化过程，开发新型高效的非贵金属析氧反应催化剂，促进燃料电池析氧反应的进行具有重要的意义，其中过渡金属氧化物，如钴氧化物、铁氧化物等廉价易得、催化活性高，在析氧反应催化剂中有着广阔的应用前景，例如专利 CN108855181B，公开了BCNO纳米片负载Co₃O₄复合催化剂，可以作为析氧反应电催化剂用于锌空电池和清洁能源的等领域，纳米Co₃O₄的比表面积大、催化活性优良，但是Co₃O₄的电子传导率较低，并且在电解液中容易团聚，降低了其析氧反应的催化效率，阻碍了纳米Co₃O₄在析氧反应中的应用，本发明旨在将纳米Co₃O₄负载到含氮硫有序介孔碳中，得到催化性能高效的析氧反应催化剂。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种含氮硫有序介孔碳包覆纳米 Co₃O₄的析氧催化剂，应用于燃料电池的析氧反应中。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：一种含氮硫有序介孔碳包覆纳米Co₃O₄的析氧催化剂，合成方法为以下步骤：

(1)将含羧基噻吩吡咯超交联聚合物加入到N,N-二甲基甲酰胺中，加入钴盐的水溶液，在30-50℃中超声分散处理30-60min，然后升温至50-75℃，搅拌12-36h，然后真空干燥除去溶剂，将混合产物置于气氛炉中，加热预氧化，然后再升温碳化，将碳化产物与氢氧化钾混合均匀，置于气氛炉中升温活化，然去离子水洗涤产物至中性，制得含氮硫有序介孔碳包覆纳米Co₃O₄的析氧催化剂。

优选的，所述钴盐的用量为含羧基噻吩吡咯超交联聚合物的15-40％。

优选的，所述预氧化过程在空气气氛中，升温至300-350℃处理1-2h；碳化过程在氮气气氛中，升温至700-850℃处理2-3h；活化过程在700-800℃中处理1-2h。

优选的，所述含羧基噻吩吡咯超交联聚合物的合成方法为以下步骤：

(1)将邻苯二甲酸酐和2-(4-(噻吩-2-基)苯基)噻吩溶解到二氯甲烷中，在氮气气氛中加入催化剂三氯化铝，加热回流反应，反应后减压浓缩，以石油醚:乙酸乙酯＝3-10:1的洗脱剂进行柱层析分离，制得对苯二(羧基苯)噻吩化合物。