[发明专利]一种N-P共掺杂多孔碳包覆NiCo2

说明书

本发明涉及氧还原催化剂技术领域，且公开了一种N‑P共掺杂多孔碳包覆NiCo₂O₄的氧还原催化剂及其制法，包括以下配方原料：纳米NiCo₂O₄、β‑环糊精、三聚氰胺、植酸、缩合剂、复合碱催化剂。该一种N‑P共掺杂多孔碳包覆NiCo₂O₄的氧还原催化剂及其制法，NiCo₂O₄具有金属合金的导电特性，增加了电荷和金属离子的扩散和迁移速率，煅烧热处理，使NiCo₂O₄晶格中产生大量的氧缺陷，氧缺陷可以捕获电极反应产生O₂和OH^‑，煅烧形成的N‑P共掺杂多孔完全包覆住NiCo₂O₄，N的掺杂增强了碳材料吸附氧原子的能力，在碳材料中形成石墨氮结构，增强了多孔碳材料的导电性能，P掺杂在碳材料内部形成丰富的孔隙结构，更好地包覆住NiCo₂O₄，避免了纳米NiCo₂O₄在电解液中团聚和分散性较差的现象。

技术领域

本发明涉及氧还原催化剂领域，具体为一种N-P共掺杂多孔碳包覆 NiCo₂O₄的氧还原催化剂及其制法。

背景技术

在工业生产和日常生活中，人们主要通过燃烧化石燃料来获取能量，但是随着化石燃料是不可再生能源，储量日益减少，并且燃烧化石燃料带来的环境污染问题日益严峻，开发绿色高效的新能源成为研究热点，燃料电池是一种新型能源转换装置，具有发电效率高、环境污染小、比能量大、燃料范围广、安全性能高等优点，燃料电池主要通过电化学反应过程将阳极燃料的化学能转化为电能，从而实现能源的转化，通常阴极反应为氧还原反应(ORR)，但是氧还原反应在动力学上反应缓慢，因此研制高效的氧还原催化剂促进反应的进行具有重要的意义。

目前的氧还原反应催化剂主要有贵金属Pt基催化剂、但是其资源稀少，价格昂贵，限制了Pt基催化剂的商业化和规模化使用；非金属催化剂主要有碳基非金属催化剂、杂原子掺杂碳基催化剂，但是碳基催化剂的活性位点暴露不充分，催化活性较低，并且其电化学稳定性较差；过渡金属催化剂主要有Fe、Co、Ni基金属催化剂，但是过渡金属催化剂在电解液中容易团聚，减少了催化剂与电解质之间的接触面积和反应活性位点，并且过渡金属催化剂的导电性较差，阻碍了金属离子和电荷在催化剂和电解质之间的扩散和产生，抑制了氧还原反应的正向进行，降低了催化剂的催化活性。

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种N-P共掺杂多孔碳包覆NiCo₂O₄的氧还原催化剂及其制法，解决了碳基催化剂的活性位点暴露不充分，催化活性较低问题，同时解决了过渡金属催化剂在导电性较差的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种N-P共掺杂多孔碳包覆NiCo₂O₄的氧还原催化剂及其制法，包括以下按重量份数计的配方原料： 15-34份纳米NiCo₂O₄、25-30份β-环糊精、9-14份三聚氰胺、5-8份植酸、12-16 份缩合剂、15-18份复合碱催化剂。

优选的，所述缩合剂为O-苯并三氮唑-四甲基脲六氟磷酸酯或2-(7-氧化苯并三氮唑)-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸盐的任意一种。

优选的，所述复合碱催化剂为三乙胺和碳酸钾，两者物质的量摩尔比为 1:1.5-2。

优选的，所述纳米NiCo₂O₄制备方法包括以下步骤：