CN110743553A - 一种金属元素掺杂金属氧化物orr催化剂的制备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种金属元素掺杂金属氧化物ORR催化剂的制备方法，包括下列步骤：1)将Co(NO3)2·6H2O、Cu(NO3)2·3H2O、CON2H4和CTAB溶于适量去离子水中，形成均匀的溶液；2)将上述均匀溶液加热到80‑120℃下并保温一段时间，得到深灰色沉淀；3)收集2)中的深灰色沉淀，清洗后再干燥，得到Cu掺杂CoO前驱体；4)将3)获得的Cu掺杂CoO前驱体在Ar气氛中500‑700℃煅烧一段时间，获得最终的Cu掺杂CoO催化剂。
Description
技术领域
本发明属于电催化氧还原技术领域，涉及一种元素掺杂金属氧化物电催化氧还原材料的制备方法。
背景技术
随着现代社会的快速发展，能源资源需求量变得越来越大，以支持社会和人类生活。目前，大多数能源是由石油，煤炭，天然气等化石燃料生产的。然而，这些传统能源造成了严重的环境污染，严重影响了人类的生命和健康。人们希望以干净的方式发现下一代可再生能源设备，以取代传统的化石燃料。金属空气电池被认为是开发高效清洁能源设备的理想途径。提高金属空气电池性能的挑战之一是改善阴极上氧还原反应(ORR)的缓慢过程。
贵金属Pt在催化氧还原反应过程中起主要作用。然而，由于储量有限、成本较高以及稳定性较差限制了其应用。因此，探索高效、耐久性和低成本的非贵金属催化剂用来代替贵金属Pt材料是电催化领域研究的重点和关键，这具有重要的商业价值和意义。
近来，已经发现了几种有希望来代替Pt作为ORR的催化剂，例如金属碳化物、硫化物、硼化物、磷化物、氧化物等。由于稳定性和低成本，过渡族金属氧化物通常被认为可以替代贵金属基催化剂。然而，差的电导率和惰性位点阻碍了其广泛的应用。为了应对这些挑战，仍需要做出更大努力来进一步改善其活动和竞争力。纳米化，高电导率涂层和过渡金属掺杂通常被用于改善电催化性能。在这些方法中，掺杂具有良好的调节电子密度和活性位点以加速ORR动力学的能力，可以得到在催化活性和稳定性上都比较理想的催化剂。
基于以上背景，本发明致力于研发出一种Cu掺杂CoO的电催化材料的制备方法，以期待为电催化的发展提供一些新的途径和突破点。
发明内容
本发明提供了一种通过水热和退火处理制备ORR催化剂的方法。操作方法简单可控、成本低廉，制备的材料可不经过任何后期处理直接应用，简化了工艺流程。技术方案如下：
一种金属元素掺杂金属氧化物ORR催化剂的制备方法，包括下列步骤：
1)将Co(NO3)2·6H2O、Cu(NO3)2·3H2O、CON2H4和CTAB溶于适量去离子水中，形成均匀的溶液。取用Co(NO3)2·6H2O、Cu(NO3)2·3H2O、CON2H4和CTAB的配比依次为将1.5-2mmol：0.1-0.3mmol、12-18mmol：1g；
2)将上述均匀溶液加热到80-120℃下并保温一段时间，得到深灰色沉淀；
3)收集2)中的深灰色沉淀，清洗后再干燥，得到Cu掺杂CoO前驱体；
4)将3)获得的Cu掺杂CoO前驱体在Ar气氛中500-700℃煅烧一段时间，获得最终的Cu掺杂CoO催化剂。
附图说明
图1为本发明实施例1所制备的Cu掺杂CoO的扫描电子显微镜图像；
图2为本发明实施例1所制备的Cu掺杂CoO的透射电子显微镜图像；
图3为本发明实施例1所制备的Cu掺杂CoO的x射线衍射分析图谱；
图4为本发明实施例1所制备的Cu掺杂CoO与CoO(实例3)的ORR性能对比；
图5为本发明实施例1所制备材料与实例4和5制备材料的ORR性能对比，即不同Cu掺杂含量对ORR性能的影响。
本发明未述及之处适用于现有技术。
以下给出本发明制备方法的具体实施例。这些实施例仅用于详细说明本发明制备方法，并不限制本申请权利要求的保护范围。
实施例1
1)将1.7mmol的Co(NO3)2·6H2O、0.3mmol的Cu(NO3)2·3H2O、15mmol的CON2H4和1gCTAB(十六烷基三甲基溴化铵)溶于35mL去离子水中，搅拌2h形成均匀的溶液；
2)将上述均匀溶液转移至50mL聚四氟乙烯内衬中，然后将反应釜加热到120℃下保温12h，然后将反应釜自然冷却到室温；
3)离心收集2)中的深灰色沉淀，用去离子水和酒精清洗，在真空烘箱中60℃下干燥，得到Cu掺杂CoO前驱体；
4)将3)获得的Cu掺杂CoO前驱体在Ar(300sccm)气氛中600℃煅烧2h，获得最终的Cu掺杂CoO催化剂(命名为Cu0.15Co0.85O)。
实施例2
与实施例1不同的是：只进行实例1的前3个步骤，不进行第4步的煅烧。
实施例3
与实施例1不同的是：1)将2mmol的Co(NO3)2·6H2O、15mmol的CON2H4和1g CTAB溶于35mL去离子水中，搅拌2h形成均匀的溶液(命名为CoO)。
实施例4
与实施例1不同的是：1)将1.8mmol的Co(NO3)2·6H2O、0.2mmol的Cu(NO3)2·3H2O、15mmol的CON2H4和1g CTAB溶于35mL去离子水中，搅拌2h形成均匀的溶液(命名为Cu0.10Co0.90O)。
实施例5
与实施例1不同的是：1)将1.9mmol的Co(NO3)2·6H2O、0.1mmol的Cu(NO3)2·3H2O、15mmol的CON2H4和1g CTAB溶于35mL去离子水中，搅拌2h形成均匀的溶液(命名为Cu0.05Co0.95O)。
Claims (1)
1.一种金属元素掺杂金属氧化物ORR催化剂的制备方法，包括下列步骤：
1)将Co(NO3)2·6H2O、Cu(NO3)2·3H2O、CON2H4和CTAB溶于适量去离子水中，形成均匀的溶液。取用Co(NO3)2·6H2O、Cu(NO3)2·3H2O、CON2H4和CTAB的配比依次为将1.5-2mmol：0.1-0.3mmol、12-18mmol：1g；
2)将上述均匀溶液加热到80-120℃下并保温一段时间，得到深灰色沉淀；
3)收集2)中的深灰色沉淀，清洗后再干燥，得到Cu掺杂CoO前驱体；
4)将3)获得的Cu掺杂CoO前驱体在Ar气氛中500-700℃煅烧一段时间，获得最终的Cu掺杂CoO催化剂。
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