[发明专利]燃料电池用氮、硫共掺杂多孔纳米碳片负载Co9

说明书

本发明涉及燃料电池用氮、硫共掺杂多孔纳米碳片负载Co9S8纳米颗粒复合催化剂及其制备方法，该方案包括将硫脲和钴盐加入去离子水中搅拌得到溶液A；加入乙二胺和甲醛溶液继续搅拌得到溶液B；加入多巴胺水溶液继续搅拌得到溶液C；加入正硅酸乙酯，继续搅拌，离心清洗干燥得到聚多巴胺包覆的Cosupgt;2+/supgt;螯合的硫脲‑乙二胺‑甲醛树脂；将树脂置于石英管式炉中，通入氩氢混合气，升温至设定温度，保温反应后降温得到复合材料；将复合材料浸泡在氟化氢铵水溶液中，依次离心清洗干燥得到催化剂。本发明制备得到的复合催化剂比表面积大、催化性能好、抗甲醇毒化能力强、耐久性好，稳定性高，可应用于燃料电池领域。

技术领域

本发明涉及催化剂的技术领域，具体涉及燃料电池用氮、硫共掺杂多孔纳米碳片负载Co₉S₈纳米颗粒复合催化剂及其制备方法。

背景技术

燃料电池(Fuel Cell)是一种将燃料的化学能直接转化为电能的发电装置。高能量密度、高转换效率和环境友好的特性使燃料电池成为未来移动能源和大型发电站的有力竞争者。虽然燃料电池在实际中已经有许多应用，但是其目前还未能大规模商业化，主要是燃料电池的催化剂成本造价太高以及稳定性较差。近年的研究发现，廉价的非金属阴极催化剂有解决上述问题的潜力。在这类阴极催化材料中，以氮掺杂或者氮与其他元素(P,S,Fe,Co等)共掺杂的多孔碳材料的电化学催化性能表现尤为突出。

多孔纳米碳材料制成的过渡金属复合催化剂具有高的比表面积，分级的多孔结构以及良好的耐腐蚀性，近年来，已被大量研究作为燃料电池和金属-空气电池的阴极氧还原反应(ORR)催化剂，以取代价格高昂的贵金属基催化剂。直接热解有机金属络合物已被证明是一种有效制备多孔碳基材料负载金属纳米颗粒的方法。然而，传统的直接热解有机金属络合物的方法往往会导致合成的碳基材料负载多种不同金属纳米颗粒，难以去除活性差的金属物种致使催化剂整体性能降低且增大了确定活性位点的难度。

因此，亟待一种燃料电池用氮、硫共掺杂多孔纳米碳片负载Co₉S₈纳米颗粒复合催化剂及其制备方法，以克服现有技术存在的缺陷。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供了一种燃料电池用氮、硫共掺杂多孔纳米碳片负载Co₉S₈纳米颗粒复合催化剂及其制备方法。

本发明的核心技术在于通过直接炭化前驱体以及简单的选择性刻蚀制备了多孔碳纳米片负载单一金属纳米颗粒复合催化剂，最大程度提高了材料的催化性能。

为了实现上述申请目的，本发明采用了以下技术方案：燃料电池用氮、硫共掺杂多孔纳米碳片负载Co₉S₈纳米颗粒复合催化剂包括以下步骤：

S00、将硫脲和钴盐加入去离子水中搅拌得到溶液A；

S10、在溶液A中加入乙二胺和甲醛溶液继续搅拌得到溶液B；

S20、在溶液B中加入多巴胺水溶液继续搅拌得到溶液C；

S30、在溶液C中加入正硅酸乙酯，继续搅拌，依次离心，清洗，干燥，得到聚多巴胺包覆的Co²⁺螯合的硫脲-乙二胺-甲醛树脂；

S40、将Co²⁺螯合的硫脲-乙二胺-甲醛树脂置于石英管式炉中，通入氩氢混合气，升温至设定温度，保温反应后降温，得到氮、硫共掺杂多孔碳纳米片负载多种金属纳米颗粒复合材料；

S50、将氮、硫共掺杂多孔碳纳米片负载多种金属纳米颗粒复合材料浸泡在氟化氢铵水溶液中，依次离心，清洗，干燥，得到氮、硫共掺杂多孔碳纳米片负载Co₉S₈纳米颗粒复合催化剂。