[发明专利]碳基六方密堆积相钴的纳米复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种碳基六方密堆积相钴的纳米复合材料及其制备方法和应用，该纳米复合材料包括碳基质及负载于碳基质上的六方密堆积相钴纳米颗粒，其中，碳基质掺杂氢和氧，纳米复合材料的C1s X射线光电子能谱中，在287eV～290eV的结合能范围存在谱峰。该纳米复合材料具有优异的催化性能，可应用于费托合成反应、催化加氢反应、电催化反应等反应中，具有良好的催化效果。且纳米复合材料的制备工艺简单、成本低、绿色环保，适用于大规模工业化生产，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，具体涉及一种碳基六方密堆积相钴的纳米复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

对于过渡金属纳米材料而言，金属纳米材料的催化活性与晶体结构有紧密关系。如金属钴(Co)主要以六方密堆积(hcp)相和面心立方(fcc)相两种晶型存在。研究表明hcp-Co在费托合成、电解水产氢、电解水产氧等反应中催化活性高于常见的fcc-Co。因此理性调控金属Co纳米材料的晶体结构对于提升Co基催化剂的催化活性具有重要意义。

Wen等(Powder Technology,2014,264:128-132.)以CoSO₄为Co源、水合肼为还原剂、CTAB为表面活性剂、柠檬酸钠为络合剂，通过NaOH调节pH，运用液相还原法制备出具有纳米片组装形貌的hcp-Co。由于在制备过程中使用了易制爆的水合肼，并且CTAB易残留在金属纳米材料表面，因此发展更为绿色、高效的制备方法是十分必要的。Li等则(AppliedCatalysis B:Environmental,2020,266:118621)采用水热法制备Co₃[Co(CN)₆]₂前驱体，随后在500℃热解前驱体制备N掺杂碳包覆hcp-Co纳米复合材料。该方法在前驱体制备过程中同样使用表面活性剂，并且Co₃[Co(CN)₆]₂产率有限。

可以看出，目前本领域仍缺少一种绿色、简易、低成本的制备碳基hcp-Co纳米复合材料的制备方法，这也是本领域的一个难点。

需注意的是，前述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本发明的背景理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种碳基六方密堆积相钴(hcp-Co)的纳米复合材料及其制备方法和应用，以解决现有hcp-Co材料制备工艺复杂、成本高、产率有限等问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种碳基六方密堆积相钴的纳米复合材料，包括碳基质及负载于碳基质上的六方密堆积相钴纳米颗粒，其中，碳基质掺杂氢和氧，纳米复合材料的C1s X射线光电子能谱中，在287eV～290eV的结合能范围存在谱峰。

根据本发明的一个实施方式，纳米复合材料于2θ度数(°)表示的X射线衍射特征峰包括：41.62±0.10、44.55±0.20、47.46±0.10、75.92±0.16。

根据本发明的一个实施方式，以纳米复合材料的总质量为基准，碳含量为15％～40％，氧含量为7％～24％，氢含量为1％～4％，钴含量为40％～75％。

根据本发明的一个实施方式，六方密堆积相钴纳米颗粒的平均粒径为15nm～100nm，优选为20nm～80nm。

本发明还提供上述纳米复合材料的制备方法，包括步骤如下：将钴源、不含氮的有机羧酸和碱金属盐混合，制备前驱体；及在惰性气氛下，前驱体于350℃～500℃下进行热解，得到所述纳米复合材料。

根据本发明的一个实施方式，热解的温度优选为380℃～480℃。