[发明专利]钴氮掺杂碳纳米棒催化剂及其制备方法与应用

摘要

本发明提供一种钴氮掺杂碳纳米棒催化剂及其制备方法与应用，制备方法包括如下步骤：1）将氮源、碳源及钴盐溶解于N,N‑二甲基甲酰胺溶剂中，得到静电纺丝溶液；2）将静电纺丝溶液进行静电纺丝，得到纳米纤维布；3）将纳米纤维布进行热处理，得到黑色纤维材料；4）将黑色纤维材料依次进行水洗、抽滤、烘干及研磨，得到钴氮掺杂碳纳米棒催化剂。本发明采用静电纺丝及热处理技术相结合的方法制备的钴氮掺杂碳纳米棒催化剂，催化剂成本低廉、结构均匀且性能优良，无论是酸性还是碱性介质下都表现出优良的氧还原反应(ORR)电催化活性；整个制备工艺简单可靠且适合规模化，未来可替代铂基贵金属催化剂应用于质子交换膜燃料电池和金属‑空气燃料电池等领域。

主权项

1.一种钴氮掺杂碳纳米棒催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将氮源、碳源及钴盐溶解于N,N‑二甲基甲酰胺溶剂中，得到静电纺丝溶液，所述氮源与所述碳源的质量比为0.5:1～2:1，所述钴盐与所述碳源的质量比为1:15～1:10；2)将所述静电纺丝溶液进行静电纺丝，得到纳米纤维布，将所述静电纺丝溶液进行静电纺丝的具体方法为：21)将所述静电纺丝溶液注入注射器内；22)将所述注射器置于纺丝箱体内，所述箱体内设有接收板；23)在所述接收板上接入高压静电进行静电纺丝；所述纺丝箱体内的温度为20℃～25℃，湿度为40％～55％；所述注射器的注射端与所述接收板表面的距离为10cm～15cm；所述静电纺丝溶液在静电纺丝过程中的推进速度为0.1ml/h～1.0ml/h；所述高压静电的电压为10KV～19KV；3)将所述纳米纤维布进行热处理，得到黑色纤维材料；4)将所述黑色纤维材料依次进行水洗、抽滤、烘干及研磨，得到钴氮掺杂碳纳米棒催化剂；5)将步骤4)得到的所述钴氮掺杂碳纳米棒催化剂置于酸溶液中进行酸化处理；6)将步骤5)得到的溶液抽滤分离出酸化后的钴氮掺杂碳纳米棒催化剂；7)将步骤6)得到的所述钴氮掺杂碳纳米棒催化剂清洗、抽滤及真空干燥，得到纯化的钴氮掺杂碳纳米棒催化剂。