CN106567279A - 一种针状一氧化钴/掺杂有非金属元素的碳纸复合材料的制备方法 - Google Patents

一种针状一氧化钴/掺杂有非金属元素的碳纸复合材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及针状一氧化钴/掺杂有非金属元素的碳纸复合材料的制备方法,属于复合材料领域。该制备方法包括：先将碳纸表面进行亲水性处理，然后将碳纸浸泡在含有钴盐、尿素、硫脲的混合溶液中进行水浴加热，将得到的碳纸进行真空干燥，随后通过高温裂解得到一氧化钴/碳纸复合材料。该种制备方法简单有效，对环境无污染，成本低。此外，在碳纸表面形成的金属氧化物具有奇特的形貌，且金属氧化物具有优良的电化学活性，碳纸则充当了基体的作用，同时增大材料的比表面积和导电性能，使该复合材料在电化学领域具有广阔的应用前景。

Description

一种针状一氧化钴/掺杂有非金属元素的碳纸复合材料的制 备方法
技术领域
本发明涉及针状一氧化钴/掺杂有非金属元素的碳纸复合材料的制备方法,属于复合材料领域。
背景技术
钴的化合物与碳纳米材料形成的复合材料一直是电化学领域的研究热点。主要采取的制备方法有水热法、电沉积、气相沉积等，通过这些方法将活性物质(金属及其氧化物或者硫化物的纳米颗粒)负载在碳材料上。碳材料主要有石墨烯、碳纳米纤维、碳纳米管等。但是这些制备方法制备出的复合材料存在活性物质不均匀，导电性差，电子传导慢等特点。同时，在众多的钴的化合物中，一氧化钴的价值似乎被研究者低估。我们通过可控制方法制备出了具有特殊形貌的针状一氧化钴/掺杂有非金属元素的碳纸复合材料。这种形貌的一氧化钴是第一次被制备出来，所述针状一氧化钴/掺杂有非金属元素的碳纸复合材料既克服了过渡金属化合物比表面积较小、导电性差、易团聚的特点，同时基底的碳纸具有更加规则的形状，材质轻薄、不易碎，方便于应用到各种电化学元器件中。
发明内容
本发明的目的在于提供一种针状一氧化钴/掺杂有非金属元素的碳纸复合材料的制备方法。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
一种制备针状一氧化钴/掺杂有非金属元素的碳纸复合材料的方法，具体步骤如下：
步骤一、将碳纸剪成长方形(3*1cm2)，对其表面进行亲水性处理。随后将处理后的碳纸浸渍在浓度为0.1M的钴盐溶液中，该溶液中含有含氮有机物和含硫有机物，钴盐、含氮有机物。含硫有机物的浓度比为1∶2∶100，浸泡时间为24-48h，随后对整个体系进行水浴加热3-10h。得到附着有活性物质的碳纸。
步骤二、将附着有活性物质碳纸放在真空干燥箱中进行干燥10-48h。
步骤三、将步骤二得到的产物在惰性气氛下进行高温裂解，温度为700-2000℃，气体的工作压力为0.1-5000Pa，裂解时间为5-48h，自然冷却后得到该针状一氧化钴/掺杂有非金属元素的碳纸复合材料。
有益效果
1)、本发明中针状一氧化钴/掺杂有非金属元素的碳纸复合材料，无数针状的一氧化钴排列成花球状，一氧化钴形成的花球均匀的分散在碳纸的表面，这种形状的一氧化钴是首次被制备出来。相比于圆柱形或者颗粒状一氧化钴，一氧化钴的表面积大大增加，这有利于材料在电化学领域的应用。
2)、本发明中针状一氧化钴/掺杂有非金属元素的碳纸复合材料的制备方法使用简单的浸泡、低温加热、高温煅烧三步得到了成分复杂的复合材料，步骤简单易操作。
3)、一氧化钴与碳纸的结合力较好，且针状一氧化钴/掺杂有非金属元素的碳纸复合材料的形状可以根据实际需要进行可控的裁剪，在材料制备过程中不易变形损坏，不受高温的影响，具有很高的实用性。
附图说明
图1、制备的针状一氧化钴/掺杂有非金属元素的碳纸复合材料的SEM(扫描电子显微镜)图；
图2、制备的针状一氧化钴/掺杂有非金属元素的碳纸复合材料的XRD图。
图3、制备的针状一氧化钴/掺杂有非金属元素的碳纸复合材料的氧还原(ORR)的线性扫描曲线(LSV)。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种制备针状一氧化钴/掺杂有非金属元素的碳纸复合材料的方法，具体步骤如下：
步骤一、将碳纸剪成长方形(3*1cm2)，对其表面进行亲水性处理。随后将处理后的碳纸浸渍在钴盐浓度为:0.1M的溶液中，该溶液中含有含氮有机物和含硫有机物，三种溶质浓度比为1：2：100，浸泡时间为36h，随后对整个体系进行水浴加热10h。
步骤二、将碳纸放在真空干燥箱中进行干燥24h。
步骤三、将步骤2得到的产物在惰性气氛下进行高温裂解，温度为1050℃，气体的工作压力为0.1-5000Pa，裂解时间为5-48h，自然冷却后得到该针状一氧化钴/掺杂有非金属元素的碳纸复合材料。
步骤四、使用荷兰飞利浦公司的FEI Quanta FEG 250型扫描电镜进行SEM测试。将粉末状或者块状样品涂覆在黑色导电胶上，然后进行喷金处理。SEM可用来表征样品的表面形貌及尺寸。XRD测试使用的是日本理学电机公司生产的D/max-γβ型X射线衍射仪，用来分析样品的组成和结构。电化学测试前将碳纸裁剪成规则的正方形，面积为1*1cm2，在0.1M的氢氧化钾溶液中浸泡一小时。之后将该碳纸用银丝系在三电极体系中的工作电极导线上，在氧气饱和的0.1M氢氧化钾溶液中通过线性扫描伏安法测定样品对于氧还原的催化性能，扫描范围为-1.0-0V vs.Hg/HgO。
从图1的SEM中可以看出，制备的针状一氧化钴/掺杂有非金属元素的碳纸复合材料是由无数针状的一氧化钴组成花球，均匀的分散在碳纸的表面。花球的直径基本相同，分布均匀。从图2的XRD可以看出，制备的针状一氧化钴/掺杂有非金属元素的碳纸复合材料中主要由碳和一氧化钴构成。从图3的氧还原图中可以看出，针状一氧化钴/掺杂有非金属元素的碳纸复合材料催化氧还原的起始电位约为-0.2V vs.Hg/HgO,电位在-1.0V vs.Hg/HgO时电流密度为-4.5mA·cm-1。这表明针状一氧化钴/掺杂有非金属元素的碳纸复合材料具有较好的氧还原催化性能。

Claims (1)

1.一种制备针状一氧化钴/掺杂有非金属元素的碳纸复合材料的方法，其特征在于：具体步骤如下：
步骤一、将碳纸剪成长方形，对其表面进行亲水性处理；随后将处理后的碳纸浸渍在浓度为0.1M的钴盐溶液中，该溶液中含有含氮有机物和含硫有机物，钴盐、含氮有机物；含硫有机物的浓度比为1∶2∶100，浸泡时间为24-48h，随后对整个体系进行水浴加热3-10h；得到附着有活性物质的碳纸；
步骤二、将附着有活性物质碳纸放在真空干燥箱中进行干燥10-48h；
步骤三、将步骤二得到的产物在惰性气氛下进行高温裂解，温度为700-2000℃，气体的工作压力为0.1-5000Pa，裂解时间为5-48h，自然冷却后得到该针状一氧化钴/掺杂有非金属元素的碳纸复合材料。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110415986A (zh) * 2019-07-12 2019-11-05 江苏理工学院 一种Ni掺杂CoO/C复合材料及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103337639A (zh) * 2013-06-24 2013-10-02 太原理工大学 碳纳米管阵列/碳纤维织物一体化三维多孔空气电极的制备方法
CN104944410A (zh) * 2015-06-01 2015-09-30 北京理工大学 一种合成钴纳米粒子与竹节状氮掺杂碳纳米管复合材料的方法
CN105289658A (zh) * 2015-10-23 2016-02-03 吉林大学 一种碳纤维负载硫化钴纳米片催化剂及其应用
CN106011926A (zh) * 2016-07-07 2016-10-12 江苏大学 一种钴基多级纳米复合结构电解水制氧电催化剂及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103337639A (zh) * 2013-06-24 2013-10-02 太原理工大学 碳纳米管阵列/碳纤维织物一体化三维多孔空气电极的制备方法
CN104944410A (zh) * 2015-06-01 2015-09-30 北京理工大学 一种合成钴纳米粒子与竹节状氮掺杂碳纳米管复合材料的方法
CN105289658A (zh) * 2015-10-23 2016-02-03 吉林大学 一种碳纤维负载硫化钴纳米片催化剂及其应用
CN106011926A (zh) * 2016-07-07 2016-10-12 江苏大学 一种钴基多级纳米复合结构电解水制氧电催化剂及其制备方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110415986A (zh) * 2019-07-12 2019-11-05 江苏理工学院 一种Ni掺杂CoO/C复合材料及其制备方法
CN110415986B (zh) * 2019-07-12 2021-05-18 江苏理工学院 一种Ni掺杂CoO/C复合材料及其制备方法

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