本發(fā)明涉及催化劑的制備技術(shù)，具體涉及雜原子摻雜碳負(fù)載鈷催化劑的制備技術(shù)。

背景技術(shù)：

氧還原反應(yīng)一直以來(lái)都是電化學(xué)領(lǐng)域中的研究重點(diǎn)。氧化還原反應(yīng)本身比較慢，需要加入催化劑來(lái)促使反應(yīng)的進(jìn)行。目前鉑基材料是氧還原催化活性最好的材料，但其價(jià)格昂貴，穩(wěn)定性較差，限制了其應(yīng)用。因此制備出一種催化活性可與鉑基材料相提并論且穩(wěn)定性好，價(jià)格低廉的催化劑具有重要的意義。目前主要研究的氧還原催化劑主要有金屬、金屬氧化物和摻雜碳材料。

金屬鈷由于其在堿性溶液中表現(xiàn)出了高的氧還原活性和穩(wěn)定性，因而引起了人們的廣泛研究。但由于鈷的催化性能較差，且我國(guó)鈷資源比較匱乏，所以提高鈷的催化性能，同時(shí)減少鈷的用量是目前鈷基催化劑的主要研究方向。將鈷納米顆粒均勻負(fù)載在碳基體上能夠提高鈷的催化性能，同時(shí)能夠降低鈷的用量。

專利cn105498823a公開(kāi)了一種氮摻雜多孔碳負(fù)載鈷催化劑的制備方法，將n,n-雙水楊醛乙二胺合鈷(ii)或二(3-甲氧基水楊醛)縮乙二胺氯化鈷加入坩堝內(nèi)，然后放入管式爐中，氫氬混合氣氛圍下，加熱升溫至400-900℃煅燒1-10h；冷卻至室溫，制得氮摻雜多孔碳負(fù)載鈷催化劑。該催化劑采用一步熱解合成法，方法簡(jiǎn)單，鈷負(fù)載量大大提高，有利于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)以上發(fā)明的不足，采用含有n、o、p、s、b雜原子的離子液體作為碳源制備雜原子摻雜碳負(fù)載鈷作為催化劑，通過(guò)選擇離子液體的類型和加入量，對(duì)碳基體中雜原子的種類和含量進(jìn)行調(diào)控。

本發(fā)明是一種雜原子摻雜碳負(fù)載鈷催化劑的制備方法，其步驟為：

（1）以離子液體為碳源，將離子液體和鈷鹽按質(zhì)量比5:1-50:1混合置于坩堝內(nèi)；（2）將坩堝置于在管式爐中，惰性氣體保護(hù)下，升溫到100-600℃保溫10-60min；

（3）再繼續(xù)升溫至650-1000℃保溫60-360min，冷卻至室溫，得到雜原子摻雜碳負(fù)載鈷催化劑。

本發(fā)明的有益之處是：碳基體中的雜原子n、o、p、s、b均來(lái)自離子液體本身，通過(guò)控制離子液體的類型和加入量可以對(duì)碳基體中的雜原子種類和含量以及鈷負(fù)載量進(jìn)行調(diào)控。同時(shí)，碳基體中高度分散的納米級(jí)鈷金屬顆粒具有高的催化活性，碳基體高的導(dǎo)電性和分散作用有利于進(jìn)一步提高鈷納米顆粒的催化活性和穩(wěn)定性。該方法工藝簡(jiǎn)單，適合工業(yè)化生產(chǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明合成的雜原子摻雜碳負(fù)載鈷催化劑的xrd圖，圖2為本發(fā)明合成的雜原子摻雜碳負(fù)載鈷催化劑的tem圖，圖3為本發(fā)明合成的雜原子摻雜碳負(fù)載鈷催化劑極化曲線。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明是一種雜原子摻雜碳負(fù)載鈷催化劑的制備方法，其步驟為：

將離子液體和鈷鹽按質(zhì)量比5:1-50:1混合置于坩堝內(nèi)，在管式爐中，惰性氣體保護(hù)下，升溫到100-600℃保溫10-60min，再繼續(xù)升溫至650-1000℃保溫60-360min，冷卻至室溫，得到雜原子摻雜碳負(fù)載鈷催化劑。

以上所述的制備方法，所述的離子液體為1-丁基-3-甲基咪唑磷酸二氫鹽，或者1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽，或者1-丁基-3-甲基咪唑二腈胺鹽，或者1-丁基-3-甲基咪唑雙三氟甲烷黃酰亞胺鹽，或者1-辛基-3-甲基咪唑磷酸二氫鹽，或者1-辛基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽，或者1-辛基-3-甲基咪唑二腈胺鹽，或者1-辛基-3-甲基咪唑雙三氟甲烷黃酰亞胺鹽，或者n-乙基吡啶二腈胺鹽，或者1-烯丙基-3-丁基咪唑二腈胺鹽，或者1-腈丙基-3-甲基咪唑磷酸二氫鹽，或者1-腈丙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽，或者1-腈丙基-3-甲基咪唑雙三氟甲烷黃酰亞胺鹽，或者上述離子液體的組合。

以上所述的鈷源為硝酸鈷，或者乙酸鈷，或者乙酰丙酮鈷，或者草酸鈷，或者硫酸鈷，或者碳酸鈷，或者上述鈷鹽的組合。

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明，但本發(fā)明不局限于以下實(shí)施例。

實(shí)施例1：

將50g1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽和1g乙酸鈷混合物加入坩堝內(nèi)，然后放入管式爐中，在氬氣保護(hù)下，加熱到300℃煅燒保溫30min，繼續(xù)升溫至700℃保溫60min，冷卻至室溫，制得n、b摻雜碳負(fù)載鈷催化劑。

實(shí)施例2：

將20g1-丁基-3-甲基咪唑磷酸二氫鹽和2g乙酸鈷混合物加入坩堝內(nèi)，然后放入管式爐中，在氬氣保護(hù)下，加熱到200℃保溫30min，繼續(xù)升溫至700℃保溫60min，冷卻至室溫，制得n、p共摻雜的碳負(fù)載鈷催化劑。

實(shí)施例3：

將40g1-丁基-3-甲基咪唑雙三氟甲烷黃酰亞胺鹽和1g硝酸鈷混合物加入坩堝內(nèi)，然后放入管式爐中，在氬氣保護(hù)下，加熱到200℃保溫30min，繼續(xù)升溫至700℃保溫60min，冷卻至室溫，制得n、s共摻雜的碳負(fù)載鈷催化劑，xrd圖如圖1所示，tem如圖2所示，在氧氣飽和的0.5mol/lkoh溶液中的極化曲線如圖3所示（掃描速率為0.2mv/s）。

實(shí)施例4：

將10g1-丁基-3-甲基咪唑二腈胺鹽和1g乙酰丙酮鈷混合物加入坩堝內(nèi)，然后放入管式爐中，在氬氣保護(hù)下，加熱到200℃保溫30min，繼續(xù)升溫至700℃保溫60min，冷卻至室溫，制得n摻雜的碳負(fù)載鈷催化劑。

實(shí)施例5：

將20g1-丁基-3-甲基咪唑二腈胺鹽和1g硝酸鈷混合物加入坩堝內(nèi)，然后放入管式爐中，在氬氣保護(hù)下，加熱到200℃保溫30min，繼續(xù)升溫至700℃保溫60min，冷卻至室溫，制得n摻雜的碳負(fù)載鈷催化劑。

實(shí)施例6：

將10g1-辛基-3-甲基咪唑二腈胺鹽和1g乙酸鈷混合物加入坩堝內(nèi)，然后放入管式爐中，在氬氣保護(hù)下，加熱到200℃保溫30min，繼續(xù)升溫至700℃保溫60min，冷卻至室溫，制得n摻雜的碳負(fù)載鈷催化劑。

實(shí)施例7：

將10g1-丁基-3-甲基咪唑二腈胺鹽、10g1-丁基-3-甲基咪唑雙三氟甲烷黃酰亞胺鹽和1g乙酸鈷混合物加入坩堝內(nèi)，然后放入管式爐中，在氬氣保護(hù)下，加熱到200℃保溫30min，繼續(xù)升溫至1000℃保溫60min，冷卻至室溫，制得n、s共摻雜的碳負(fù)載鈷催化劑。

實(shí)施例8：

將5g1-腈丙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽和1g乙酸鈷混合物加入坩堝內(nèi)，然后放入管式爐中，在氬氣保護(hù)下，加熱到200℃保溫30min，繼續(xù)升溫至1000℃保溫60min，冷卻至室溫，制得n、b共摻雜的碳負(fù)載鈷催化劑。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
一種雜原子摻雜碳負(fù)載鈷催化劑的制備方法，將離子液體和鈷鹽混合后置于坩堝內(nèi)，然后放入管式爐中，在惰性氣體保護(hù)下，升溫到100?600℃保溫10?60min，再繼續(xù)升溫至650?1000℃保溫60?360min，冷卻至室溫，制得雜原子摻雜碳負(fù)載鈷催化劑。本發(fā)明采用一步熱解合成法，方法簡(jiǎn)單，基體為N、O、P、S、B等雜原子摻雜的碳材料，碳基體中鈷顆粒為納米顆粒且分散性高，碳基體中的雜原子含量和鈷負(fù)載量可調(diào)控，雜原子摻雜以及均勻分散的鈷納米顆粒能夠明顯提高其催化性能。

技術(shù)研發(fā)人員：蒙延雙;肖明軍;朱福良;王功瑞;段超宇;杜夢(mèng)奇;王琛;王磊;夏軍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：蘭州理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.06.13
技術(shù)公布日：2017.08.18