【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电催化剂的制备，尤其涉及一种磷掺杂多孔碳载钴颗粒自支撑电极的制备方法与应用。
技术介绍
1、在全球气候持续变暖危机的背景下，开发清洁、可持续的能源来替代化石燃料已经成为人们关注的焦点。电化学存储装置和能量转换装置被认为是缓解化石燃料相关问题的最有前途的替代方案之一。风能、太阳能、潮汐能等清洁能源发电存在间歇性问题，将发的电能通过金属-空气电池直接存储，或用于电解水产氢，转换为氢气的化学能存储，且氢气因其在生产和应用过程中零二氧化碳排放和高能量密度而被认为是替代化石燃料的可再生二次能源。电解水制氢阳极发生的氧气析出反应为四点子过程，动力学速率缓慢，常用ru/ir基催化剂提升反应效率，但贵金属储量稀少且价格昂贵，迫切需要开发低成本、高活性和稳定性的析氧反应(oer)催化剂。
2、近年来，沸石咪唑骨架衍生co基oer催化剂因其独特的形态、多孔结构、优异的化学和机械稳定性而成为oer电催化剂的研究热点。然而催化剂导电性不足、活性位点暴露不够等问题，限制了催化剂性能的进一步提升，阻碍了催化剂的商业化进程。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术旨在提供一种磷掺杂多孔碳载钴颗粒自支撑电极的制备方法与应用，通过离子静电吸用将带正电荷的二甲基咪唑co前驱体吸附到带有负电荷的碳布载体上，结合后期的分段煅烧掺杂磷元素，制备得到磷掺杂多孔碳载钴颗粒自支撑电极，催化剂的连续的多孔结构、元素掺杂及碳布支撑，使催化剂表现出优异的析氧催化反应活性和稳定性。
2、为
3、一种磷掺杂多孔碳载钴颗粒自支撑电极的制备方法，采用共沉淀法和阴阳离子吸附法结合惰性气体煅烧掺杂制备碳布支撑的一种磷掺杂多孔碳载钴颗粒自支撑电极，包括以下步骤：
4、(1)称取2-甲基咪唑、六水合硝酸钴和十六烷基三甲基溴化铵(ctab)，溶于去离子水中，得到均匀的深蓝色溶液；用保鲜膜封住烧杯口，在室温下静置，得到分层明显的混合液体；将混合液去除上层清液得到沉淀物，加入去离子水，搅拌分散形成悬浮液；
5、(2)取一片裁剪好的碳布作为自支撑电极载体，将碳布表面清洁和活化后，置于浓硝酸溶液中浸泡，使碳布表面吸附阴离子，将带有阴离子的碳布置于悬浮液中静置一段时间，取出碳布烘干，得到碳布支撑的二甲基咪唑co前驱体；
6、(3)将碳布支撑的二甲基咪唑co前驱体放置于含有磷源的石英舟中，在惰性气氛保护下依次进行两个温度段的煅烧，获得磷掺杂多孔碳载钴颗粒自支撑电极。
7、作为改进的是，步骤(1)中所述2-甲基咪唑、六水合硝酸钴和十六烷基三甲基溴化铵的摩尔比为13～14:1～2:0.001～0.01。
8、作为改进的是，步骤(2)中所述碳布的尺寸为1cm′1.5cm；碳布表面清洁和活化的具体操作为：使用去离子水、乙醇分别超声清洗碳布15min，超声后碳布用去离子水反复冲洗6次；浓硝酸的浓度为14m，浸泡时间12h。
9、作为改进的是，步骤(2)中静置的时间1～3h；烘干温度60～80℃，烘干时间为1～3h。
10、作为改进的是，步骤(3)中磷源为nahpo2×h2o，使用量为5～15mg。
11、作为改进的是，步骤(3)中煅烧条件为：第一阶段温度300～450℃，保温时间为3～6h，升温速度为2℃min-1；第二阶段温度500～700℃，保温时间为1～3h，升温速度为2℃min-1，煅烧过程中使用的惰性保护气体为氩气/氮气。
12、上述任一种制备方法制备得到的磷掺杂多孔碳载钴颗粒自支撑电极作为催化剂在析氧反应上的应用。
13、有益效果：
14、与现有技术相比，本专利技术一种磷掺杂多孔碳载钴颗粒自支撑电极的制备方法与应用，采用阴阳离子自吸附法结合低温煅烧制备了磷掺杂多孔碳载钴颗粒自支撑电极催化剂，避免了电极材料制备过程中高温高压的需求，在常温下即可进行电催化剂前驱体的合成，降低了能耗和成本；多孔碳在碳纤维上形成了连续的三维孔结构，相比于孤立的二甲基咪唑co衍生结构，极大提升了催化剂的导电性，同时，磷掺杂有效优化了催化剂电子传输，进一步提升催化剂的活性；此外，三维连续网络结构也极大增强了催化剂的稳定性。通过实验证明，本专利技术制备的磷掺杂多孔碳载钴颗粒自支撑电极材料的oer催化性能远超商业ruo2，在10ma cm-2电流密度处的过电位为290mv，明显小于ruo2催化剂的过电位(405mv)数值，tafel斜率值为79mv dec-1，小于ruo2(128mv dec-1)(图5)，根据不同扫速下cv曲线计算并拟合得到相应的电容cdl值为100.07mf cm-2(图6)，高于ruo2(2.58mf cm-2)，表明磷掺杂多孔碳载钴颗粒自支撑电极材料有高的电化学活性表面积；此外，经过24h的恒电压下稳定性测试，磷掺杂多孔碳载钴颗粒自支撑电极材料仍保留了初始电流的98.5％，远强于商业ruo2的26.44％(图7)，显示出优异的oer稳定性，有望替代贵金属基催化剂在电催化水分解中的应用。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种磷掺杂多孔碳载钴颗粒自支撑电极的制备方法，其特征在于，采用共沉淀法和阴阳离子吸附法结合惰性气体煅烧掺杂制备碳布支撑的一种磷掺杂多孔碳载钴颗粒自支撑电极，具体步骤如下：
2.根据权利要求1所述的磷掺杂多孔碳载钴颗粒自支撑电极的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述2-甲基咪唑、六水合硝酸钴和十六烷基三甲基溴化铵的摩尔比为13~14:1~2:0.001~0.01。
3. 根据权利要求1所述的磷掺杂多孔碳载钴颗粒自支撑电极的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述碳布的尺寸为1 cm ´ 1.5 cm；碳布表面清洁和活化的具体操作为：使用去离子水、乙醇分别超声清洗碳布15 min，超声后碳布用去离子水反复冲洗6次；浓硝酸的浓度为14 M，浸泡时间12 h。
4. 根据权利要求1所述的磷掺杂多孔碳载钴颗粒自支撑电极的制备方法，其特征在于，步骤（2）中静置的时间1~3 h；烘干温度60~80 ℃，烘干时间为1~3 h。
5. 根据权利要求1所述的磷掺杂多孔碳载钴颗粒自支撑电极的制备方法，其特征在于，步骤（3）中磷源为NaHPO2×H2O
6. 根据权利要求1所述的磷掺杂多孔碳载钴颗粒自支撑电极的制备方法，其特征在于，步骤（3）中煅烧条件为：第一阶段温度300 ~ 450 ℃，保温时间为3 ~ 6 h，升温速度为2℃ min-1；第二阶段温度500 ~ 700 ℃，保温时间为1 ~ 3 h，升温速度为2 ℃ min-1，煅烧过程中使用的惰性保护气体为氩气/氮气。
7.基于权利要求1-6中任一种制备方法制备得到的磷掺杂多孔碳载钴颗粒自支撑电极作为催化剂在析氧反应上的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种磷掺杂多孔碳载钴颗粒自支撑电极的制备方法，其特征在于，采用共沉淀法和阴阳离子吸附法结合惰性气体煅烧掺杂制备碳布支撑的一种磷掺杂多孔碳载钴颗粒自支撑电极，具体步骤如下：
2.根据权利要求1所述的磷掺杂多孔碳载钴颗粒自支撑电极的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述2-甲基咪唑、六水合硝酸钴和十六烷基三甲基溴化铵的摩尔比为13~14:1~2:0.001~0.01。
3. 根据权利要求1所述的磷掺杂多孔碳载钴颗粒自支撑电极的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述碳布的尺寸为1 cm ´ 1.5 cm；碳布表面清洁和活化的具体操作为：使用去离子水、乙醇分别超声清洗碳布15 min，超声后碳布用去离子水反复冲洗6次；浓硝酸的浓度为14 m，浸泡时间12 h。
4. 根据权利要求1所述的磷掺杂多孔碳载...
【专利技术属性】
技术研发人员：奚新国，张晨鹤，朱东旭，高帅，杨欢，陈小卫，
申请(专利权)人：盐城工学院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。