[发明专利]一种碳载尖晶石材料及其制备方法和用途

说明书

本发明涉及一种碳载尖晶石材料及其制备方法和用途，所述制备方法包括以下步骤：(1)将碳载体与含钴盐溶液混合，之后加入氨水，得到溶液A；(2)向步骤(1)得到的溶液A中加入锰盐溶液，得到溶液B；(3)将溶液B进行加热陈化，之后进行溶剂热反应，得到含锰元素和钴元素的碳载尖晶石材料；利用本发明所述方法可以实现碳载体和尖晶石的有效复合，同时有效调控获得的碳载尖晶石材料中的尖晶石纳米颗粒的表面元素分布和化学性质，由上述方法制备得到的表面锰钴元素均匀分布的碳载尖晶石材料的氧还原半波电势最高可达0.872V。

技术领域

本发明涉及新能源材料领域，尤其涉及一种碳载尖晶石材料及其制备方法和用途。

背景技术

含锰元素和钴元素的尖晶石材料的物质来源广泛，可在低于200℃的温度条件下利用多种合成方法获得(F.Cheng,et al.Nat.Chem.,2011,3,79；C.Li,etal.Nat.Commun.,2015,6,7345)，且其原材料成本和制造成本均较低廉。

CN102082270A公开了一类锰系尖晶石纳米材料的制备方法，包括Co_xMn_3-xO₄、MgMn₂O₄、Mn₃O₄纳米颗粒、ZnMn₂O₄空心纳米球、空心微米球或纳米片，其制备方法是在常温下通过还原剂将MnO₂还原而制得；此方案虽然可以制备得到尖晶石同时控制其产物的微观形貌，但无法有效控制制备得到的尖晶石的纳米颗粒表面的元素分布。

CN104810518A公开了一种钴锰系尖晶石纳米材料及其制备方法，所述钴锰系尖晶石纳米材料的化学通式为Co_3-xMn_xO₄，式中1≤x≤2，包括立方相纳米颗粒和四方相纳米颗粒，纳米颗粒的粒径为5-15nm，Co与Mn元素的摩尔比为0.4-2.2:1；其制备方法是：在常压空气气氛下通过氧化沉淀，嵌入结晶两步法实现对晶相和组成的调控，从而得到钴锰系尖晶石型纳米材料，此方案虽然可以制备得到钴锰系尖晶石纳米材料，但无法有效调控制备得到的钴锰系尖晶石纳米材料的表面的元素分布和化学性质。

CN108636422A公开了一种锰钴尖晶石催化剂及其制备方法，所述方法包括以下步骤：(1)将锰盐和钴盐混合并进行第一研磨处理，以便得到混合盐粉末；(2)将所述混合盐粉末与微孔陶瓷、稀释剂和水混合进行第二研磨处理并进行陈化，以便得到化合物中间体；(3)对所述化合物中间体进行干燥处理，以便得到前驱体；(4)对所述前驱体进行焙烧处理，以便得到所述锰钴尖晶石催化剂；此方案所述方法无法实现锰钴尖晶石表面元素分布的有效调控，其制备得到的锰钴尖晶石催化剂催化氧还原的活性不足。

上述文献虽然公开了一些尖晶石的制备方法，但均无法实现尖晶石表面元素分布和表面性质的有效调控。催化过程发生于催化剂表面，材料的表面元素分布和表面性质将对其催化活性产生重要影响，因此开发一种能调控含锰元素和钴元素的尖晶石表面元素分布和表面性质的制备方法，从而优化材料的催化活性，对于改善其应用于电化学器件的表现具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳载尖晶石材料及其制备方法和用途，所述制备方法包括以下步骤：(1)将碳载体与含钴盐溶液混合，之后加入氨水，得到溶液A；(2)向步骤(1)得到的溶液A中加入锰盐溶液，得到溶液B；(3)将溶液B进行加热陈化，之后进行溶剂热反应，得到含锰元素和钴元素的碳载尖晶石材料；利用本发明所述方法可以实现碳载体和尖晶石的有效复合，同时有效调控获得的碳载尖晶石材料中的尖晶石纳米颗粒的表面元素分布和化学性质，由上述方法制备得到的表面锰钴元素均匀分布的碳载尖晶石材料的氧还原半波电势最高可达0.872V。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种含锰元素和钴元素的碳载尖晶石材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：