[发明专利]一种单原子钴基氮硫双掺杂碳材料催化剂的制备方法

权利要求书

1.一种单原子钴基氮硫双掺杂碳材料催化剂的制备方法，其具体方法步骤包括

其特征在于：

(1)催化剂前驱体的制备

按氮源︰碳源的质量比60︰1～100：1，氮源碳源总质量：金属钴盐的质量比为10︰1～360︰1，金属钴盐中二价钴离子：硫源中含硫阴离子价态N的摩尔比为N︰2，称取氮源、碳源、金属钴盐、硫源；将上述混合物溶于30～50mL无水乙醇中，超声搅拌5～10分钟后，置于40℃～60℃鼓风干燥箱内，干燥4～6h，直至乙醇完全挥发，混合物重结晶于烧杯里。再将上述重结晶的固体取出，置于球磨机中，转速为600rpm～800rpm，圈数为2，获得氮碳前驱体、金属钴盐和硫源混合均匀的催化剂前驱体。

(2)单原子钴基氮硫双掺杂碳材料催化剂的制备

首先将上述制得的前驱体置于管式炉中，在氮气气氛下，以5～10℃/分钟升温至750～1000℃，保持0～3小时后，在氮气气氛下冷却至室温，获得催化剂固体粉末；然后将上述催化剂固体粉末分散在0.1～2.0mol/L的质子酸溶液中，60～80℃搅拌8～24小时；最后离子水洗涤3次，40～60℃真空干燥24小时，获得单原子钴基氮硫双掺杂碳材料催化剂。

所述的氮源为尿素、三聚氰胺、硫脲、双氰胺、四甲基乙二胺等的其中之一；所述的碳源为葡萄糖、淀粉、核糖、蔗糖等的其中之一；所述的金属钴盐为六水合硝酸钴、四水合醋酸钴、六水氯化钴、草酸钴等的其中之一，所述的硫源为硫氰化钠、硫氰化钾、硫化铵、硫代硫酸钠、硫代乙酰胺等的其中之一。所述的质子酸溶液为盐酸溶液、硫酸溶液和硝酸溶液的其中之一。

2.按照权利要求1所述的一种单原子钴基氮硫双掺杂碳材料催化剂的制备方法，其特征在于具体制备方法的步骤(1)～(2)：

(1)催化剂前驱体的制备

按尿素︰葡萄糖的质量比60︰1，尿素葡萄糖总质量：六水氯化钴的质量比为30︰1，六水氯化钴：硫氰化钠的摩尔比为1︰2，称取尿素、葡萄糖、六水氯化钴、硫氰化钠；将上述混合物溶于30～50mL无水乙醇中，超声搅拌5～10分钟后，置于40℃～60℃鼓风干燥箱内，干燥4～6h，直至乙醇完全挥发，混合物重结晶于烧杯里。再将上述重结晶的固体取出，置于球磨机中，转速为600rpm～800rpm，圈数为2，获得尿素、葡萄糖、六水氯化钴以及硫氰化钠合均匀的催化剂前驱体。

(2)单原子钴基氮硫双掺杂碳材料催化剂(CoNSG1)的制备

首先将上述制得的前驱体置于管式炉中，在氮气气氛下，以5～10℃/分钟升温至800℃，保持1～2小时后，在氮气气氛下冷却至室温，获得催化剂固体粉末；将上述催化剂固体粉末分散在1.0mol/L的质子酸溶液中，80℃搅拌24小时，去离子水洗涤3次，60℃真空干燥24小时，获得单原子钴基氮硫双掺杂碳材料催化剂CoNSG1。

3.按照权利要求1所述的一种单原子钴基氮硫双掺杂碳材料催化剂的制备方法，其特征在于具体制备方法的步骤(1)～(2)：

(1)前驱体的制备

按尿素︰葡萄糖的质量比60︰1，氮碳前驱体：六水氯化钴的质量比为240︰1，六水氯化钴：硫氰化钠的摩尔比为1︰2，称取尿素、葡萄糖、六水氯化钴、硫氰化钠；将上述混合物溶于30～50mL无水乙醇中，超声搅拌5～10分钟后，置于40℃～60℃鼓风干燥箱内，干燥4～6h，直至乙醇完全挥发，混合物重结晶于烧杯里。再将上述重结晶的固体取出，置于球磨机中，转速为600rpm～800rpm，圈数为2，获得尿素、葡萄糖、六水氯化钴以及硫氰化钠合均匀的催化剂前驱体。

(2)单原子钴基氮硫双掺杂碳材料催化剂(CoNSG2)的制备

首先将上述制得的前驱体置于管式炉中，在氮气气氛下，以5～10℃/分钟升温至800℃，保持1～2小时后，在氮气气氛下冷却至室温，获得催化剂固体粉末；将上述催化剂固体粉末分散在1.0mol/L的质子酸溶液中，80℃搅拌24小时，去离子水洗涤3次，60℃真空干燥24小时，获得单原子钴基氮硫双掺杂碳材料催化剂CoNSG2。

4.按照权利要求1所述的一种单原子钴基氮硫双掺杂碳材料催化剂的制备方法，其特征在于具体制备方法的步骤(1)～(2)：

(1)催化剂前驱体的制备

按尿素︰葡萄糖的质量比60︰1，尿素葡萄糖总质量：六水氯化钴的质量比为360︰1，六水氯化钴：硫氰化钠的摩尔比为1︰2，称取尿素、葡萄糖、六水氯化钴、硫氰化钠；将上述混合物溶于30～50mL无水乙醇中，超声搅拌5～10分钟后，置于40℃～60℃鼓风干燥箱内，干燥4～6h，直至乙醇完全挥发，混合物重结晶于烧杯里。再将上述重结晶的固体取出，置于球磨机中，转速为600rpm～800rpm，圈数为2，获得尿素、葡萄糖、六水氯化钴以及硫氰化钠合均匀的催化剂前驱体。

(2)单原子钴基氮硫双掺杂碳材料催化剂(CoNSG3)的制备

首先将上述制得的前驱体置于管式炉中，在氮气气氛下，以5～10℃/分钟升温至800℃，保持1～2小时后，在氮气气氛下冷却至室温，获得催化剂固体粉末；将上述催化剂固体粉末分散在1.0mol/L的质子酸溶液中，80℃搅拌24小时，去离子水洗涤3次，60℃真空干燥24小时，获得单原子钴基氮硫双掺杂碳材料催化剂CoNSG3。