[发明专利]一种ZIF-67碳化物负载纳米CeO2的氧还原催化剂的制备方法

摘要

本发明提供了一种ZIF‑67碳化物负载纳米CeO₂的氧还原催化剂的制备方法，并将其用作燃料电池阴极的氧还原反应(ORR)催化剂。由于常用的铂基ORR催化剂有成本高、稳定性差等缺点，有必要开发具有较高ORR催化活性、优异抗中毒性能和良好稳定性的非贵金属催化剂。近年来，金属有机框架衍生材料已成为电催化领域的热点之一，为了获得更高的ORR电催化活性，对衍生材料进行修饰可以增强导电性、增加活性位点或产生某些协同效应，从而获得更好的ORR催化性能。本发明将不同碳化温度下制备的ZIF‑67碳化物(Co₃O₄@Z67‑T)与CeO₂纳米颗粒复合，得到核壳结构的Co₃O₄@Z67‑T@CeO₂纳米电催化剂，其显示出了优异的电催化性能，Co₃O₄@Z67‑T@CeO₂催化剂具备实际应用于燃料电池阴极ORR催化剂的潜力。

主权项

1.本发明一方面提供了一种ZIF‑67碳化物负载纳米CeO₂的氧还原催化剂的制备方法，另一方面提供了此催化剂的用途是将其用于燃料电池的阴极氧气还原反应；本发明涉及的Co₃O₄@Z67‑T@CeO₂纳米电催化剂的制备方法如下：一、将一定量Co(NO₃)₂·6H₂O和2‑甲基咪唑分别溶于25mL甲醇中，搅拌、超声、静置、离心、洗涤，干燥后得到ZIF‑67多面体材料（紫色）；二、将步骤一得到的干燥的ZIF‑67放置在氮气气氛管式炉中高温碳化，并在最高温度保持2h后，得到Co₃O₄@Z67‑T粉末状物质（黑色）；三、将步骤二中的黑色粉末超声分散在乙二醇中，在迅速搅拌过程中，倒入适量Ce(NO₃)₃·6H₂O水溶液，形成均匀混合溶液；四、将步骤三中混合溶液倒入聚四氟乙烯高压反应釜中，160℃水热反应16h后，抽滤、洗涤，干燥后得到最终产物Co₃O₄@Z67‑T@CeO₂（黑色）；其中步骤二中高温碳化温度T=500~1000℃，步骤三中V_乙二醇：V_水溶液=1：1；m(Co₃O₄@Z67‑T）：m(Ce(NO₃)₃)·6H₂O=1.0：0.2 ~1.0。