[发明专利]磷掺杂孔状碳包覆四氧化三钴氧还原催化剂及其制备方法和应用

摘要

一种磷掺杂孔状碳包覆四氧化三钴氧还原催化剂及其制备方法和应用。本发明以ZIF‑67为模板和前驱体，以植酸钠为磷源，在惰性气氛下高温煅烧制备磷掺杂孔状碳包覆四氧化三钴氧还原催化剂，煅烧后碳材料继承了ZIF的多孔结构，而金属则被氧化成了四氧化三钴，均匀地负载在磷掺杂的碳材料上，所得氧还原催化剂具有高的导电性和比表面积，有效降低了氧还原的过电位，通过旋转圆盘电极以及旋转环盘电极表明其氧还原反应是较为理想的4电子历程，且具有良好的稳定性和甲醇耐受性。该电催化剂充分发挥了四氧化三钴和磷掺杂碳材料在氧还原催化方面的协同作用，在能源转换和储存领域具有潜在的应用价值。

主权项

1.一种磷掺杂孔状碳包覆四氧化三钴氧还原催化剂，其特征在于所述催化剂是以ZIF‑67为模板和前驱体，以植酸钠为磷源，在惰性气氛下高温煅烧后制得的磷掺杂孔状碳包覆四氧化三钴氧还原催化剂，所述四氧化三钴记为Co3O4；磷掺杂孔状碳包覆四氧化三钴记为Co3O4/PPC；所述磷掺杂碳包覆四氧化三钴氧还原催化剂的制备方法，其特征在于包括以下具体步骤：(a)ZIF‑67的制备取450mg的Co(NO3)2·6H2O溶解在4mL去离子水中，记为溶液A；称取5.5g的2‑甲基咪唑溶解在20mL去离子水中，记为溶液B；在室温搅拌条件下，将溶液B以一定速度匀速滴入A溶液中，反应混合液在40℃水浴中反应24h，再室温老化24h，4000rpm离心8min，用去离子水和乙醇洗涤数次，60℃真空干燥12h，得到紫色晶体ZIF‑67；(b)植酸钠/ZIF‑67复合物的制备称取2g的ZIF‑67分散于30mL去离子水中，记为分散液C；称取2～8g的植酸钠溶解于30mL去离子水中，记为溶液D；室温搅拌条件下，将溶液D缓慢滴加到分散液C中，60℃水浴反应8h，4000rpm离心8min，用去离子水和乙醇洗涤数次，60℃真空干燥12h，制得植酸钠/ZIF‑67复合物；(c)Co3O4/PPC催化剂的制备将步骤(b)中所得的植酸钠/ZIF‑67复合物研磨成粉末，取一定量放在瓷舟中，将瓷舟置于管式炉中，在氮气条件下以5℃/min升高温度到250℃，恒温处理2h后，以同样的升温速度升温到500～800℃煅烧4h，制备所述Co3O4/PPC氧还原催化剂。