[发明专利]改性ZIFs衍生Co-N-C-MT/EA催化剂的制备方法

说明书

改性ZIFs衍生Co‑N‑C‑MT/EA催化剂的制备方法，属于催化剂技术领域。本发明应用传统的溶液沉淀法合成ZIF‑67前驱体材料，再经煅烧热解形成Co‑N‑C‑MT/EA‑2催化剂。本发明以甲醇乙醇混合物为溶剂，以2‑甲基咪唑与六水合硝酸钴为原料，以溶剂配比、合成时间、溶液浓度，原料配比，热解温度等为探索值。提供一种粒径大小可控的Co‑N‑C‑MT/EA‑2电催化剂的制备方法，所制备的Co‑N‑C‑MT/EA‑2催化剂相较于Co‑N‑C‑MT催化剂和Co‑N‑C‑EA催化剂粒径小，氧还原性能突出。因此ZIF‑67前驱体合成方法的改进对催化剂研究领域具有深远意义。

技术领域

本发明涉及一种可控粒径大小Co-N-C-MT/EA氧还原反应催化剂的制备方法，属于催化剂技术领域。

背景技术

为更好地面对能源危机的严峻挑战，各国都在致力于开发清洁高效的新能源技术。金属空气电池具有能量密度高、成本低及环境友好等特点，成为极具发展前景的能量储存装置。贵金属铂催化剂在电化学活性和稳定性方面是目前最高效的催化剂，然而铂催化剂不仅成本高、资源稀缺，并且绝大部分铂资源都集中在少数几个国家，因此严重阻碍其大规模生产与应用。ZIF-67前驱体材料是金属有机骨架MOFs材料的一个分支，由钴离子与2-甲基咪唑配位组成，是SOD型拓扑结构体。它具有可控的孔径大小及分布、较大的比表面积及良好的催化性能和高度的稳定性等特点，因此ZIF-67成为各种催化及气体分离材料的新型模板。近几年众多研究表明，ZIF-67材料经高温碳化后形成的多孔碳材料可保持原有形貌，并可掺杂多种杂原子和金属离子形成新型多孔碳材料来进一步提高其电催化性能，目前已经开发出许多ZIF-67衍生的多孔碳材料作高效电催化剂。

目前，已报道的ZIF-67前驱体多为在甲醇溶剂里合成的纳米立体结构体。例如，文献Journal of Materials Chemistry A,2(30),11606-11613报道了以乙醇为溶剂用溶剂热法合成出大块状的ZIF-67，以水为溶剂60℃温度下用溶液沉淀法合成出1.7μm的ZIF-67，以甲醇为溶剂在60℃下用溶液沉淀法合成出800nm的ZIF-67材料，以甲醇为溶剂在室温条件下用溶液沉淀法合成出300nm的ZIF-67十二面体菱形材料。例如，文献Scientificreports 7.1(2017):1-9报道了纳米粒径为400nm的ZIF-67前驱体材料。例如，文献Molecular Catalysis,463,77-86报道了在60℃条件下以水为溶剂溶液沉淀法合成了粒径为1.7μm的ZIF-67材料，再次以相同的条件下甲醇溶剂里合成了粒径为800nm的ZIF-67材料，最后在室温条件下甲醇为溶剂合成了400nm的ZIF-67材料。例如，文献Nanoscale，10(21)，10073-10078报道了以CTAB为模板剂，在室温条件下以水溶剂，溶液沉淀法25min合成出立方结构的ZIF-67材料。列如：文献Journal of Materials Chemistry A,2(30),11606-11613.提到ZIF-67的纳米结构和平均粒径、合成条件、碳化温度、晶体大小和孔隙度可以通过控制实验条件来控制，所得的ZIF-67具有可调的孔径，高度稳定的结构可以得到新颖的催化性能。

制备不同粒径的ZIF-67是拓宽催化应用范围的必要措施。目前未见控制ZIF-67粒径大小的制备方法的相关报道。为此，本发明采用一种通过控制反应物钴盐溶液和2-甲基咪唑溶液的浓度值在一定范围内，制备出介于立面体和球状之间的形状的ZIF-67纳米颗粒，在催化领域具有广泛的应用价值。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种可控粒径大小Co-N-C-MT/EA电催化剂的制备方法。与现有技术相比，该方法操作简单，反应温度低，成本低，合成工艺简单，可用作氧还原催化剂，对于原位电极大规模生产具有重要意义。对于优选方案的目的是进一步减小粒径，并进一步强化催化剂的催化活性和稳定性。

本发明所采用的技术方案是：