C真空干燥箱中干燥24h);
[0040]4)將步驟3)所得干燥產(chǎn)物放入瓷舟中，并置于管式爐內(nèi)加熱至內(nèi)600°C碳化2小時(shí)，其中采用的保護(hù)氣體為氬氣，氣體流量為30sCCm，升溫速率分別為5°C/min;
[0041]5)將步驟4)所得碳化產(chǎn)物置于10ml的氫氟酸(2mol/L)中洗滌24h，洗滌時(shí)不斷攪拌，最后經(jīng)離心分離、洗滌(去離子水洗滌多次)、干燥(60°C真空干燥箱中干燥24h)，得所述Co-N雙摻雜多孔二維碳材料。
[0042]本實(shí)施例步驟4)中碳化所得產(chǎn)物的SEM圖片見圖1，圖中能清晰的看見層狀物質(zhì)；步驟5)中酸洗除去模版后所得產(chǎn)物的HRTEM圖片見圖2，圖中為最終所得的Co-N雙摻雜片狀多孔二維碳材料。
[0043]將本實(shí)施例制備的Co-N雙摻雜片狀多孔二維碳材料進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試，具體步驟如下:
[0044]I)取5mg Co-N雙摻雜片狀多孔二維碳材料置于1.5ml樣品管中，加800yL異丙醇和200yL去離子水，外加20yL濃度為5wt^^Naf1n溶液配制成Iml的墨水，將墨水超聲分散均勻待用；
[0045]2)取上述墨水10微升滴在干凈的直徑為5mm的玻碳電極表面，自然晾干，待到快干時(shí)再滴10微升，自然晾干備用；
[0046]3)用旋轉(zhuǎn)圓盤電極，在CHI660a上進(jìn)行LSV電化學(xué)測(cè)試，在三電極測(cè)試體系中，所用電解液為0.1M KOH溶液，(電解液在測(cè)試前先通半小時(shí)氧氣，使其達(dá)到飽和)Hg/HgO為參比電極，對(duì)電極為鉑黑電極，電勢(shì)窗口為0.2V一-0.8V，掃速5mV/s，1600rpm條件下測(cè)試，所得如圖3所示。起峰電勢(shì)為0.17V( vs.Hg/HgO)，極限電流密度約4.8mA/cm2。
[0047]本實(shí)施例制備的Co-N雙慘雜片狀多孔—■維碳材料的耐久性成圖見圖4，圖中所不為實(shí)施例1所得樣品的耐久性圖，樣品持續(xù)工作10小時(shí)的極限電流保持率為94.5%。
[0048]實(shí)施例2
[0049]—種Co-N雙摻雜片狀多孔二維碳材料，其制備方法與實(shí)施例1大致相同，不同之處在于:步驟2)中硝酸鈷和二甲基咪唑的摩爾比為0.1:4，蒙脫土與硝酸鈷的質(zhì)量比為0.8:1；步驟4)中采用的碳化溫度為700°C，碳化時(shí)間為5h。
[0050]將本實(shí)施例制備的Co-N雙摻雜片狀多孔二維碳材料進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試，測(cè)試方法同實(shí)施例1，其起峰電勢(shì)為0.17V(vs.Hg/Hg0)，極限電流密度約5mA/cm2。
[0051 ] 實(shí)施例3
[0052]—種Co-N雙摻雜片狀多孔二維碳材料，其制備方法與實(shí)施例1大致相同，不同之處在于:步驟2)中硝酸鈷和二甲基咪唑的摩爾比為0.2: 4，蒙脫土與硝酸鈷的質(zhì)量比為0.4:1；步驟4)中采用的碳化溫度為800°C，碳化時(shí)間為2h。
[0053]將本實(shí)施例制備的Co-N雙摻雜片狀多孔二維碳材料進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試，測(cè)試方法同實(shí)施例1，其起峰電勢(shì)為0.10V(vs.Hg/Hg0)，極限電流密度約5mA/cm2。
[0054]實(shí)施例4
[0055]—種Co-N雙摻雜片狀多孔二維碳材料，其制備方法與實(shí)施例1大致相同，不同之處在于:步驟2)中硝酸鈷和二甲基咪唑的摩爾比為0.5: 4，蒙脫土與硝酸鈷的質(zhì)量比為0.2:1；步驟4)中采用的碳化溫度為900°C，碳化時(shí)間為2h。
[0056]將本實(shí)施例制備的Co-N雙摻雜片狀多孔二維碳材料進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試，測(cè)試方法同實(shí)施例1，其起峰電勢(shì)為0.10V(vs.Hg/Hg0)，極限電流密度約4mA/cm2。
[0057]本發(fā)明所列舉的各原料配比都能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，以及各原料的上下限取值、區(qū)間值都能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，本發(fā)明的工藝參數(shù)的上下限取值以及區(qū)間值都能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，在此不一一列舉。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種Co-N雙摻雜片狀多孔二維碳材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)將模板浸泡于酸性溶液I中，攪拌并超聲分散均勻，并進(jìn)行過(guò)濾、研磨得粉末狀模板樣品； 2)將所得粉末狀模板溶于溶劑中，超聲分散均勻，然后加入金屬鹽溶液，劇烈攪拌5-7h;然后加入有機(jī)配體溶液，攪拌均勻； 3)將步驟2)所得溶液置于反應(yīng)釜中，加熱至80-110°C恒溫反應(yīng)12-48h，所得產(chǎn)物進(jìn)行離心分離、洗滌和干燥； 4)在惰性氣體保護(hù)下，將步驟3)所得產(chǎn)物進(jìn)行碳化處理； 5)將所得碳化產(chǎn)物浸泡在酸性溶液II中進(jìn)行攪拌酸洗，最后經(jīng)分離、洗滌、干燥，得所述Co-N雙摻雜片狀多孔二維碳材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟I)中所述模板為層狀硅酸鹽礦物;金屬鹽為硝酸鈷、硝酸鎳、硝酸銅或硫酸亞鐵;有機(jī)配體為咪唑類或吡啶類化合物。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述層狀硅酸鹽天然礦物為層狀的蒙脫土、滑石、白云母、黑云母、高嶺石或海泡石。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述有機(jī)配體為二甲基咪唑、對(duì)苯二甲酸二甲酯、對(duì)苯二羧酸、對(duì)酞酸二甲酯或I，3，5-均苯三羧酸。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述金屬鹽與有機(jī)配體的摩爾比為(0.1-1):4;模板與金屬鹽的質(zhì)量比為(0.1-0.8):1。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟2)所述溶劑為水、甲醇或乙醇。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述酸性溶液I為鹽酸溶液、硫酸溶液或硝酸溶液，其濃度為0.1-lmol/L ；所述酸性溶液II為氫氟酸溶液、鹽酸溶液、硫酸溶液、硝酸溶液中的一種或幾種，其濃度為0.5-2mol/L。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟4)所述碳化處理步驟為以5-10°C/min的升溫速率升溫至600-900°C保溫2-5h。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟5)所述酸洗時(shí)間為12-48h。10.根據(jù)權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述制備方法制得的Co-N雙摻雜片狀多孔二維碳材料。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種Co-N雙摻雜多孔二維碳材料及其制備方法。所述Co-N雙摻雜多孔二維碳材料的制備方法為：1)將模板進(jìn)行酸化改性；2)將改性后模板溶于溶劑中，超聲分散均勻，然后加入金屬鹽溶液，劇烈攪拌；然后加入有機(jī)配體溶液，攪拌均勻；3)將步驟2)所得溶液進(jìn)行反應(yīng)，所得產(chǎn)物進(jìn)行離心分離、洗滌和干燥；4)碳化處理；5)將所得碳化產(chǎn)物進(jìn)行攪拌酸洗，最后經(jīng)分離、洗滌、干燥。將發(fā)明制備的Co-N雙摻雜多孔二維碳材料用作燃料電池的陰極催化劑，可顯示出優(yōu)異的電催化性能，且涉及的成本低廉，制備簡(jiǎn)單，比表面積高，電化學(xué)活性優(yōu)良，穩(wěn)定性好，適合推廣應(yīng)用。
【IPC分類】H01M4/90, H01M4/88
【公開號(hào)】CN105529472
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510903529
【發(fā)明人】唐浩林, 吳佳賓, 曾燕, 王銳, 魏希, 蔡世昌
【申請(qǐng)人】武漢理工大學(xué)
【公開日】2016年4月27日
【申請(qǐng)日】2015年12月9日