一种钴基尖晶石纳米颗粒与碳纳米管复合物、制备方法及应用技术

本发明专利技术提供了一种钴基尖晶石纳米颗粒与碳纳米管复合物、制备方法及应用，属于电催化材料制备领域。本发明专利技术的钴基尖晶石纳米颗粒与碳纳米管复合物成本低，制备方法简单，通用，可以为底物提供简单、稳定和组织良好的碳纳米管组装。碳纳米管增加了电极和溶液中氧化还原物种之间的电子耦合，提高了电催化析氧的活性。本发明专利技术利用水热法合成钴基尖晶石氧化物纳米颗粒，进而利用重氮盐还原反应将钴基尖晶石氧化物纳米颗粒通过共价键链接到碳纳米管上，钴基尖晶石氧化物纳米颗粒和碳纳米管之间通过苯基桥连接，从而钴基尖晶石纳米颗粒与碳纳米管复合物的制备。本发明专利技术获得的电极可用于酸性条件下的电催化析氧反应，具有析氧反应高活性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
一种钴基尖晶石纳米颗粒与碳纳米管复合物、制备方法及应用


[0001]本专利技术属于电催化材料制备及电极表面修饰领域，具体涉及一种钴基尖晶石纳米颗粒与碳纳米管复合物、制备方法及应用。

技术介绍

[0002]重氮盐还原反应可以在温和的实验条件下将功能部分共价连接到各种底物上。氨基苯基可进行氨基的重氮化并利用所获得的芳基重氮盐的高反应活性来结合纳米结构。这种方法构建的界面结构可适用于多种应用，例如传感器、催化、储能或纳米电子学等。芳基重氮盐可用于碳基材料、金属、和半导体表面的共价修饰。
[0003]酸性条件下的析氧反应仍多用贵金属催化剂，然而，贵金属的稀缺性和高昂的成本阻碍了它们的广泛应用。因此，开发低成本、高活性、在酸中稳定性好的非贵金属催化剂是非常有必要。碳纳米管因其独特的机械和物理化学性质吸引了人们广泛的关注，但其酸性条件下电催化析氧性能差。钴尖晶石纳米结构虽然表现出电催化析氧性能，但其稳定性仍有待提高。通过与钴基尖晶石纳米结构复合，可显著提升碳纳米管的电催化析氧性能，及钴尖晶石纳米结构的电催化析氧稳定性，并显著降低了成本。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供种钴基尖晶石纳米颗粒与碳纳米管复合物、制备方法及应用。
[0005]为达上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0006]一种钴基尖晶石纳米颗粒与碳纳米管复合物的制备方法，包括以下操作：
[0007](1)将金属无机盐溶解于乙醇之中，加入氨水，混合后转移到反应釜中，在120
‑
200℃反应0.5h以上，反应完成后离心洗涤后得到四氧化三钴纳米颗粒；
[0008]向分散在水中的碳纳米管溶液中加入对苯二胺及亚硝酸钠，后逐滴加入浓盐酸，环境温度下搅拌、洗涤、分离后获得苯胺修饰的碳纳米管；
[0009](2)将苯胺修饰的碳纳米管和钴基尖晶石纳米颗粒分散在乙腈中，添加亚硝酸叔丁酯，常温搅拌、乙腈洗涤、过滤后获得钴基尖晶石纳米颗粒与碳纳米管复合物。
[0010]进一步的，步骤(1)中，金属无机盐为氯化钴、硝酸钴、硫酸钴、醋酸钴或/和其水合物组成的钴源无机盐。
[0011]进一步的，所述金属无机盐由所述钴源无机盐和铁源无机盐组成的混合物；所述铁源无机盐为氯化铁、硝酸铁、硫酸铁、硫酸亚铁、醋酸铁、醋酸亚铁或其水合物；或
[0012]所述金属无机盐钴为由所述钴源无机盐与锰源无机盐组成的混合物；所述锰源无机盐为硫酸锰、醋酸锰或其水合物。
[0013]进一步的，所述钴源无机盐与铁源无机物的摩尔比大于1:1。
[0014]进一步的，步骤(1)中，金属无机盐摩尔量为1
‑
10mmol，加入乙醇量为10
‑
50mL，
25％氨水量为1
‑
10mL。
[0015]进一步的，步骤(1)中，对苯二胺和NaNO2的摩尔比为1：1。
[0016]进一步的，步骤(2)中，苯胺修饰的碳纳米管中间体和钴基尖晶石氧化物的质量比为1：1。
[0017]钴基尖晶石纳米颗粒与碳纳米管复合物，根据本专利技术所述的制备方法制备得到。
[0018]本专利技术的钴基尖晶石纳米颗粒与碳纳米管复合物的应用，制造成电极在酸性水溶液中进行电催化析氧反应
[0019]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0020]本专利技术的钴基尖晶石纳米颗粒与碳纳米管复合物成本低，制备方法简单，通用，可以为底物提供简单、稳定和组织良好的碳纳米管组装。碳纳米管增加了电极和溶液中氧化还原物种之间的电子耦合，提高了电催化析氧的活性。本专利技术利用水热法合成钴基尖晶石氧化物纳米颗粒，进而利用重氮盐还原反应将钴基尖晶石氧化物纳米颗粒通过共价键链接到碳纳米管上，钴基尖晶石氧化物纳米颗粒和碳纳米管之间通过苯基桥连接，从而钴基尖晶石纳米颗粒与碳纳米管复合物的制备。
[0021]本专利技术获得的钴基尖晶石纳米颗粒与碳纳米管复合物能够实现酸性条件下的电催化析氧反应。利用重氮盐还原反应将钴基尖晶石纳米颗粒与碳纳米管复合，可以提高电极的电子转移速率，同时与钴基尖晶石纳米颗粒相比，复合物表现出更优的电催化析氧活性。
附图说明
[0022]图1是实施例1制备获得的四氧化三钴纳米颗粒和碳纳米管复合物的流程图。
[0023]图2是实施例1制备获得的四氧化三钴纳米颗粒和碳纳米管复合物的X射线衍射(XRD)图。
[0024]图3是实施例1制得的四氧化三钴纳米颗粒和碳纳米管复合物扫描电子显微镜(SEM)图。
[0025]图4是实施例1制得的滴涂在碳纤维纸上的四氧化三钴纳米颗粒和碳纳米管复合物析氧反应性能测试图。
具体实施方式
[0026]为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。
[0027]需要说明的是，本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本专利技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于
清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0028]利用重氮盐还原反应将钴基尖晶石纳米颗粒与碳纳米管复合，可以提高电极的电子转移速率，同时与钴基尖晶石纳米颗粒相比，复合物显示出更低的析氧反应过电位。
[0029]下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述：
[0030]实施例1：
[0031](1)四氧化三钴(Co3O4)纳米颗粒的制备：
[0032]将0.5g Co(CH3COO)2·
4H2O溶解于25mL乙醇中，在剧烈搅拌下加入2.5mL25％氨水。将混合物在空气中搅拌10min形成均匀的浆料。将浆料转移到反应釜中，150℃下密封保存3h。之后离心反应物，用水洗涤两次，在60℃下干燥4h并收集，合成Co3O4纳米颗粒。
[0033](2)Co3O4纳米颗粒和碳纳米管复合物(CNT
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Ph
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Co3O4)的制备：将40mg碳纳米管分散在100mL去离子水中，添加8.3mmol对苯二胺，再添加8.3mmol NaNO2，最后逐滴添加10mL浓盐酸。在环境温度下将混合物搅拌4h，过滤后依次用去离子水、甲醇和丙酮洗涤，然后干燥过夜，该粉末即苯胺修饰的碳纳米管(CNT
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Ph<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钴基尖晶石纳米颗粒与碳纳米管复合物的制备方法，其特征在于，包括以下操作：(1)将金属无机盐溶解于乙醇之中，加入氨水，混合后转移到反应釜中，在120
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200℃反应0.5h以上，反应完成后离心洗涤后得到四氧化三钴纳米颗粒；向分散在水中的碳纳米管溶液中加入对苯二胺及亚硝酸钠，后逐滴加入浓盐酸，室温下搅拌、洗涤、分离后获得苯胺修饰的碳纳米管；(2)将苯胺修饰的碳纳米管和钴基尖晶石纳米颗粒分散在乙腈中，添加亚硝酸叔丁酯，常温搅拌、乙腈洗涤、过滤后获得钴基尖晶石纳米颗粒与碳纳米管复合物。2.如权利要求书1所述的钴基尖晶石纳米颗粒与碳纳米管复合物的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，金属无机盐为氯化钴、硝酸钴、硫酸钴、醋酸钴或/和其水合物组成的钴源无机盐。3.如权利要求书2所述的钴基尖晶石纳米颗粒与碳纳米管复合物的制备方法，其特征在于，所述金属无机盐由所述钴源无机盐和铁源无机盐组成的混合物；所述铁源无机盐为氯化铁、硝酸铁、硫酸铁、硫酸亚铁、醋酸铁、醋酸亚铁或其水合物；或所述金属无机盐钴为由所述钴源无机盐与锰源无机盐组成的混合物；所述锰源无机盐为...

【专利技术属性】
技术研发人员：王超，李玉佩，杨怡凡，周子翔，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：