[发明专利]一种钴、氮共掺杂碳纳米纤维催化剂的制备方法及应用

权利要求书

1.一种钴、氮共掺杂碳纳米纤维催化剂的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1)：静电纺丝前驱液的制备：

步骤1-1)：依次将钴盐、高分子聚合物加入至有机溶剂中，得到溶液A；

步骤1-2)：依次将锌盐、高分子聚合物加入至有机溶剂中，得到溶液B；

步骤2)：聚合物纳米纤维的制备：通过同轴静电纺丝技术，将溶液A作为外层，将溶液B作为内层，利用静电纺丝前驱液制备出聚合物纳米纤维；

步骤3)：催化剂的制备：将聚合物纳米纤维热处理后，即得钴、氮共掺杂碳纳米纤维催化剂。

2.如权利要求1所述的钴、氮共掺杂碳纳米纤维催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1-1)、1-2)中的有机溶剂均采用N,N-二甲基甲酰胺、高分子聚合物均采用聚丙烯腈；步骤1-1)中的钴盐采用硝酸钴；步骤1-2)中的锌盐采用硝酸锌。

3.如权利要求1所述的钴、氮共掺杂碳纳米纤维催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1)制得的静电纺丝前驱液中，高分子聚合物的质量百分含量为8-12％，钴盐及锌盐的质量百分含量之和为12-17％。

4.如权利要求1所述的钴、氮共掺杂碳纳米纤维催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤2)具体为：将步骤1)中制得的静电纺丝前驱液注入至带有同轴不锈钢针头的注射器中，并将注射器放置在静电纺丝机上，在不锈钢针头与静电纺丝机的接收器之间施加恒定的高压直流电压，通过旋转接收器进行静电纺丝，即得到所述的聚合物纳米纤维。

5.如权利要求4所述的钴、氮共掺杂碳纳米纤维催化剂的制备方法，其特征在于，所述同轴不锈钢针头的内层内径为0.42mm，外层内径为1.11mm，不锈钢针头与接收器之间的直流电压为10-20kV，且不锈钢针头与接收器之间的距离为15-25cm；静电纺丝的过程中，接收器的旋转速率为30-80r/min，注射器的推注速率为0.001-0.1mm/min。

6.如权利要求1所述的钴、氮共掺杂碳纳米纤维催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中聚合物纳米纤维热处理具体为：先在马弗炉中进行一次热处理，再在管式炉中进行二次热处理。

7.如权利要求6所述的钴、氮共掺杂碳纳米纤维催化剂的制备方法，其特征在于，所述一次热处理的具体过程为：将聚合物纳米纤维置于马弗炉中，并在室温下以1-2℃/min的升温速率加热至200-300℃后，恒温烧结30min-3h。

8.如权利要求6所述的钴、氮共掺杂碳纳米纤维催化剂的制备方法，其特征在于，所述二次热处理的具体过程为：将一次热处理后的聚合物纳米纤维置于管式炉中，并在室温下以1-5℃/min的升温速率加热至700-950℃后，恒温烧结2-10h。

9.如权利要求8所述的钴、氮共掺杂碳纳米纤维催化剂的制备方法，其特征在于，所述的二次热处理过程中，向管式炉中通入氮气进行保护。

10.一种权利要求1-9任意一项所述的钴、氮共掺杂碳纳米纤维催化剂制备的钴、氮共掺杂碳纳米纤维催化剂在醇类燃料电池阴极催化剂中的应用。