[发明专利]一种钴硫化物制备氧还原催化剂的制备方法

说明书

一种钴硫化物制备氧还原催化剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将六水硝酸钴52.4mg，0.2mmol和4,4'‑bpdc 48.4mg，0.2mmol溶解在23mL DMF中，将1,3‑bib 31.5mg，0.15mmol分别溶于2mL DMF中；(2)将步骤(1)得样品分别超声处理1分钟后，将溶液混合，转移到体积50cm³反应釜中，并以1.2℃min^‑1的加热速率加热至120℃；在120℃保持48小时，然后以0.4℃min^‑1缓慢冷却至室温；冷却至室温后，通过倾析母液分离紫色晶体并用DMF洗涤，清洗干净后进行干燥，得到钴基金属有机框架；(3)取部分步骤(2)得样品和硫代乙酰胺称重到陶瓷器皿中并分别转移到管式炉的出口端和入口端；在氮气下热解，加热速率为5℃min^‑1，获得黑色粉末；(4)用电化学工作站及旋转圆盘电极测试上述产物的ORR性能。

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，特别是一种钴硫化物制备氧还原催化剂的制备方法，。

背景技术

Pt基材料被称为最有效的ORR电催化剂。然而，成本和稀缺性严重阻碍了其在这种清洁能源应用中的广泛实施。此外，Pt基催化剂通常具有差的抗甲醇性和差的稳定性。最近在燃料电池中更换Pt基电极的广泛研究工作已经导致了各种无Pt材料的探索用来作为ORR的潜在替代催化剂。N或S掺杂的碳最近显示出有希望的电催化活性，其归因于电荷极化和不对称电子自旋密度，因为碳和杂原子之间的电负性和电子自旋密度的差异。特别是过渡金属的参与将能够显着改善ORR催化活性由于不同活性物种之间的协同作用。在所有非贵金属硫化物活性比较中，硫化钴在氧还原中具有很大的潜力。量子化学计算预测Co9S8的电催化行为与Pt电极观察到的类似。

纳米颗粒(NPs)纳入N和S双掺杂碳纳米结构以收获更多的活性位点，增强它们之间的协同作用，从而大大提高ORR的催化活性。纳米结构金属硫化物具有独特的物理化学性质，是一类新型的、具有广阔前景的催化剂。金属硫化物与相应的金属氧化物相比，具有更高的导电性、机械稳定性和热稳定性。本发明选的这种有机金属框架物和硫代乙酰胺经过碳化和硫化后，其丰富的介孔，不仅有助于电解液的传输，具有良好的导电性能。其氮硫共掺杂的多孔石墨碳大大提高了材料的稳定性。所以这种金属硫化物材料是一种性能较好的催化剂。

发明内容

基于上述目的，本发明提供了一种钴硫化物制备氧还原催化剂的制备方法。

本发明的一种钴硫化物制备氧还原催化剂的制备方法采用以下技术方案：

一种钴硫化物制备氧还原催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将六水硝酸钴52.4mg，0.2mmol和4,4'-bpdc 48.4mg，0.2mmol溶解在23mL DMF中，将1,3-bib 31.5mg，0.15mmol分别溶于2mL DMF中；

(2)将步骤(1)得样品分别超声处理1分钟后，将溶液混合，转移到体积50cm³反应釜中，并以1.2℃min^-1的加热速率加热至120℃；在120℃保持48小时，然后以0.4℃min^-1缓慢冷却至室温；冷却至室温后，通过倾析母液分离紫色晶体并用DMF洗涤，清洗干净后进行干燥，得到钴基金属有机框架；

(3)取部分步骤(2)得样品和硫代乙酰胺称重到陶瓷器皿中并分别转移到管式炉的出口端和入口端；在氮气下热解，加热速率为5℃min^-1，获得黑色粉末；

(4)用电化学工作站及旋转圆盘电极测试上述产物的ORR性能。

特别地，钴硫化物为钴基金属有机框架物衍生的钴硫化物。