[发明专利]一种金属元素掺杂金属氧化物ORR催化剂的制备

说明书

本发明涉及一种金属元素掺杂金属氧化物ORR催化剂的制备方法，包括下列步骤：1)将Co(NO₃)₂·6H₂O、Cu(NO3)2·3H₂O、CON₂H₄和CTAB溶于适量去离子水中，形成均匀的溶液；2)将上述均匀溶液加热到80‑120℃下并保温一段时间，得到深灰色沉淀；3)收集2)中的深灰色沉淀，清洗后再干燥，得到Cu掺杂CoO前驱体；4)将3)获得的Cu掺杂CoO前驱体在Ar气氛中500‑700℃煅烧一段时间，获得最终的Cu掺杂CoO催化剂。

技术领域

本发明属于电催化氧还原技术领域，涉及一种元素掺杂金属氧化物电催化氧还原材料的制备方法。

背景技术

随着现代社会的快速发展，能源资源需求量变得越来越大，以支持社会和人类生活。目前，大多数能源是由石油，煤炭，天然气等化石燃料生产的。然而，这些传统能源造成了严重的环境污染，严重影响了人类的生命和健康。人们希望以干净的方式发现下一代可再生能源设备，以取代传统的化石燃料。金属空气电池被认为是开发高效清洁能源设备的理想途径。提高金属空气电池性能的挑战之一是改善阴极上氧还原反应(ORR)的缓慢过程。

贵金属Pt在催化氧还原反应过程中起主要作用。然而，由于储量有限、成本较高以及稳定性较差限制了其应用。因此，探索高效、耐久性和低成本的非贵金属催化剂用来代替贵金属Pt材料是电催化领域研究的重点和关键，这具有重要的商业价值和意义。

近来，已经发现了几种有希望来代替Pt作为ORR的催化剂，例如金属碳化物、硫化物、硼化物、磷化物、氧化物等。由于稳定性和低成本，过渡族金属氧化物通常被认为可以替代贵金属基催化剂。然而，差的电导率和惰性位点阻碍了其广泛的应用。为了应对这些挑战，仍需要做出更大努力来进一步改善其活动和竞争力。纳米化，高电导率涂层和过渡金属掺杂通常被用于改善电催化性能。在这些方法中，掺杂具有良好的调节电子密度和活性位点以加速ORR动力学的能力，可以得到在催化活性和稳定性上都比较理想的催化剂。

基于以上背景，本发明致力于研发出一种Cu掺杂CoO的电催化材料的制备方法，以期待为电催化的发展提供一些新的途径和突破点。

发明内容

本发明提供了一种通过水热和退火处理制备ORR催化剂的方法。操作方法简单可控、成本低廉，制备的材料可不经过任何后期处理直接应用，简化了工艺流程。技术方案如下：

一种金属元素掺杂金属氧化物ORR催化剂的制备方法，包括下列步骤：

1)将Co(NO₃)₂·6H₂O、Cu(NO3)2·3H₂O、CON₂H₄和CTAB溶于适量去离子水中，形成均匀的溶液。取用Co(NO₃)₂·6H₂O、Cu(NO3)2·3H₂O、CON₂H₄和CTAB的配比依次为将1.5-2mmol：0.1-0.3mmol、12-18mmol：1g；

2)将上述均匀溶液加热到80-120℃下并保温一段时间，得到深灰色沉淀；

3)收集2)中的深灰色沉淀，清洗后再干燥，得到Cu掺杂CoO前驱体；

4)将3)获得的Cu掺杂CoO前驱体在Ar气氛中500-700℃煅烧一段时间，获得最终的Cu掺杂CoO催化剂。

附图说明

图1为本发明实施例1所制备的Cu掺杂CoO的扫描电子显微镜图像；

图2为本发明实施例1所制备的Cu掺杂CoO的透射电子显微镜图像；