[发明专利]一种有序介孔碳共负载二氧化铈和双核酞菁钴材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种有序介孔碳共负载二氧化铈和双核酞菁钴材料及其制备方法。该制备方法包括步骤：(1)将有序介孔碳材料加入到去离子水、硝酸铈溶液和氢氧化钠溶液中，混合后搅拌3～4小时，经过滤、洗涤，100～120℃干燥1～3小时后，焙烧，得到二氧化铈掺杂的有序介孔碳材料；(2)将二氧化铈掺杂的有序介孔碳材料、去离子水和双核酞菁钴混合，超声4～6小时后，在60～80℃干燥10～15小时，得到有序介孔碳共负载二氧化铈和双核酞菁钴材料。本发明制备方法成本低廉，采用的原料对人体无明显毒性，而且能够最大程度的在合成过程中降低对材料介孔结构的影响，使二氧化铈能够掺杂到有序介孔碳材料上。

技术领域

本发明属于介孔材料领域，具体涉及一种有序介孔碳共负载二氧化铈和双核酞菁钴材料及其制备方法。

背景技术

元素周期表中稀土元素共有17种，包括镧系的15个元素再加上与之密切相关的元素钪和钇。铈元素(Ce)是储量最丰富的稀土元素，在固体氧化物燃料电池、催化剂、制陶业以及紫外吸收等领域，均有广泛应用。铈元素的一个突出特点是：在氧气的氛围下能够通过释放和捕捉氧气形成CeO_2-x氧化物，使铈元素的价态在Ce³⁺和Ce⁴⁺之间进行转换，从而导致化合物表面形成空位，称为“氧缺陷位点”。正是由于这些缺陷位点使二氧化铈(CeO₂)材料具备优异的氧化还原性能。并且一些研究发现若将其与一些碳载体复合后，可以获得更优越的电化学性能。有序介孔碳(Ordered mesoporous carbon，OMC)作为碳材料家族的重要一员，因其比表面积高、孔道结构有序、孔体积大和导电导热性能好等优点而备受瞩目，将其应用于燃料电池中对于氧还原活性具有较好的促进作用。

酞菁是一个大环化合物，环内有一个空穴，可以容纳铁、铜、钴、镍或锌等金属元素。金属原子取代了位于该平面分子中心的2个氢原子，由于分子中多个电子的共轭作用，其电子密度的分布相当均匀。而双核酞菁钴为两个酞菁分子共用一个苯环，形成一种高度共轭的平面结构。酞菁类物质以其独特的高催化活性和选择性成为在化学化工等诸多领域中非常重要的催化剂。

有序介孔碳目前多数采用软模板法合成。但是软模板法所用原料主要为甲醛和间苯二酚等物质，对人体有较大伤害，而且在合成的过程中容易造成大量损失，操作过程比较繁琐。因此，寻求一种操作简便，无毒并且价格低廉的工艺合成介孔碳载体负载二氧化铈和双核酞菁钴材料应用于燃料电池已经成为该领域的研究热点。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种有序介孔碳共负载二氧化铈和双核酞菁钴材料的制备方法。该制备方法选用对人体无害的原料，避免原料对人体的伤害，同时操作过程简单，并能有效降低合成过程中材料的损失从而节省成本。

本发明的目的还在于提供上述制备方法制得的一种有序介孔碳共负载二氧化铈和双核酞菁钴材料。该有序介孔碳共负载二氧化铈和双核酞菁钴材料负载有二氧化铈，具有较高的电催化活性，在燃料电池阴极催化剂领域具有广阔应用前景。

本发明的目的通过如下技术方案实现。

一种有序介孔碳共负载二氧化铈和双核酞菁钴材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将有序介孔碳材料加入到去离子水、硝酸铈溶液和氢氧化钠溶液中，混合后搅拌3～4小时，经过滤、洗涤，100～120℃干燥1～3小时后，焙烧，得到二氧化铈掺杂的有序介孔碳材料，记为y％CeO₂/OMC，其中y％为铈元素所占OMC的质量分数；

(2)将二氧化铈掺杂的有序介孔碳材料(y％CeO₂/OMC)、去离子水和双核酞菁钴混合，超声4～6小时后，在60～80℃干燥10～15小时，得到有序介孔碳共负载二氧化铈和双核酞菁钴材料，记为Bi-CoPc/y％CeO₂/OMC。

进一步地，步骤(1)中，所述有序介孔碳材料通过如下步骤制得：