[发明专利]电极材料用钴负载氮化钒及其制备方法和一种电极材料

说明书

本发明公开了电极材料用钴负载氮化钒及其制备方法和一种电极材料，属于电极材料领域。本发明中钴负载氮化钒是以钒酸钴粉末、有机物配体为原料，采用配位反应后氮化处理制成的。本发明钴负载氮化钒表现出较好的氧还原(ORR)活性，并且从商业化应用角度考虑，金属钒的价格更低于Pt等贵金属。本发明方法利用钴负载氮化钒替代传统贵金属如Pt、Rh等，并用该电极材料组装成金属空气电池，该电池具有比容量高、倍率性能好、稳定性优异等特点。以本发明制备的钴负载氮化钒作为电极材料具有优异的ORR电催化性能。

技术领域

本发明属于电极材料的技术领域；具体涉及电极材料用钴负载氮化钒及其制备方法，以及一种电极材料。

背景技术

随着工业多方面迅速发展，能源问题受到广泛关注；氧还原反应(ORR)是燃料电池和金属-空气电池中重要的半反应，它对于整个器件的性能起到决定性作用。随着环境的日益恶化，寻求绿色、无污染和可持续的能源成为未来经济发展的决定因素。近来，燃料电池、金属空气电池在小型用电装置、新能源汽车乃至航空航天领域都有广阔的应用前景，这些经金属/氢气的氧化反应释放出的电能，具有能量转化效率高、污染小等优势。

通常Pt作为电催化剂用于组装各种电池，包括燃料电池、金属空气电池等，但是其稳定性差、成本高和储量稀少是限制了其大规模的应用。寻找有效的策略以减少对Pt的需求，是目前研究的重点。

发明内容

本发明的目的在于提供电极材料用钴负载氮化钒及其制备方法和一种电极材料；本发明提供的电催化剂，不仅能够提高电极的导电性、降低了制备成本，还可以提高电池的容量、倍率性能以及稳定性。

为了实现上述目的，本发明的电极材料用钴负载氮化钒是以钒酸钴粉末、有机物配体为原料，采用配位反应后氮化处理制成的；具体是通过下述步骤实现的：

步骤一、将有机物配体加入溶剂B中，搅拌或超声分散，得到配体溶液；

步骤二、然后加入钒酸钴粉末，配位反应；

步骤三、然后氮化处理，得到电极材料用钴负载氮化钒。

进一步地限定，所述钒酸钴是通过下述步骤制得的：将钒酸盐和钴盐溶解于溶剂A中，调节pH值为9～10，随后晶化反应，离心，用水洗涤，在60℃～80下℃烘干12h～24h，得到钒酸钴粉末。

基于制备钒酸钴方法进一步限定，所述钒酸盐为偏钒酸铵或偏钒酸钠；所述钴盐为氯化钴或硝酸钴；溶剂A为水、无水乙醇、乙二醇中的一种或其中几种的混合，优选的是乙二醇和水混合，在化学反应中，钒酸钴结晶的过程，乙二醇会吸附在生成的晶粒表面，乙二醇起到表面活性剂的作用；用六次亚甲基四胺调节pH值；钒酸盐和钴盐的质量比为1∶(0.2～0.5)，优先的：1∶(0.2～0.45)，更优选的：1∶(0.25～0.45)；金属钒在溶剂A中的质量浓度为5g/L～15g/L，优选为6g/L～13g/L，更优选为6g/L～11g/L，所述晶化反应是在50℃～90℃下晶化反应1h～8h，晶化反应温度优选为60℃～90℃，更优选为65℃～90℃，晶化时间优选为1.2～8h，更优选为1.5～8h。

进一步地限定，溶剂A为水和无水乙醇混合时，水和无水乙醇的体积比为7∶(1～4)；溶剂A为水和乙二醇混合时，水和乙二醇的体积比为7∶(1～3)；溶剂A为无水乙醇和乙二醇混合时，无水乙醇和乙二醇的体积比为1∶(0.5～2)，溶剂A为水、无水乙醇和乙二醇混合时，水、无水乙醇和乙二醇的体积比为7∶1∶(0.5～1.5)。

进一步限定所述有机物配体为二-甲基咪唑和/或4,4-联吡啶。