一种利用Co/-CT提高尖晶石型氧化物催化性能的方法
一种利用co/n-cnt提高尖晶石型氧化物催化性能的方法
技术领域
1.本发明属于功能材料领域，特别是涉及一种利用co/n-cnt改性尖晶石型氧化物ni
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co2o4的方法。
背景技术：
2.现代科技不断进步，能源与环境的问题受到的关注日益增加，人们急切期望到一种清洁、高效可持续的能源。风能、水能、太阳能等可再生能源得到有效的开发利用。为了更好地开发和利用这些新型能源，许多的电化学储能转化设备应运而生，从而实现经济与环境的可持续发展。目前人们的研究热点主要集中于燃料电池、镍氢电池与金属—空气电池等领域。金属—空气电池因其阳极材料丰富、绿环保、比能量高、方便快捷等优点成为的电池方向的研究热点，而且其攻克了燃料电池某些方面的缺点。贵金属一直以来都是电池类能源的必需品，但其成本高、材料稀缺，因此寻贵金属的替代品是近年研究的热点。近年来，由于镍/钴基过渡金属氧化物的结构灵活多变，金属元素具有多价态，价格低廉的特点，被认为是未来极具应用前景的非贵金属材料。其中，尖晶石型氧化物ni
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co2o4已受到研究人员的广泛关注，单一ni
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co2o4暴露的活性位点有限，电导率较低，表现出较差的动力学，使得电催化活性稍显不足。常用的解决策略是寻一种比表面积大，电导率良好的材料，与ni
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co2o4通过协同催化作用来提升尖晶石氧化物的双功能催化活性。
技术实现要素：
3.本发明的目的是提供一种利用co/n-cnt表面改性尖晶石型氧化物ni
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co2o4的催化性能进行改善的方法。
4.本发明的思路：通过往尖晶石型氧化物ni
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co2o4中通过添加co/n-cnt改性剂的方法来提高氧电极的电化学性能。
5.具体步骤为：
6.(1)首先，称取5mmol的六水合硝酸钴与20mmol的2-甲基咪唑(2-mim)分别溶解于100ml甲醇，用磁力搅拌器搅拌15min。然后在剧烈搅拌下将2-mim溶液快速倒入co(no3)2·
6h2o溶液中，逐渐形成紫溶液，继续将混合溶液搅拌30min使其分散均匀。混合溶液在室温下静置陈化24h，用甲醇离心洗涤数次后得到紫固体，最终将样品放置在80℃真空干燥箱中干燥6h，即为zif-67。
7.分别称取质量比为1:5的zif-67和三聚氰胺，通过玛瑙研钵将两者研磨均匀后，转移到瓷舟中。接着在管式炉内，氮气氛围下，将混合物经过两个阶段热解：先以3℃/min的升温速率升温至500℃，保持30min，然后以1℃/min的升温速率升至750℃，保温2小时，待炉内温度自然冷却至室温，收集黑产物即为co/n-cnt。
8.(2)按照一定摩尔比称取对应硝酸盐，使用40ml去离子水和20ml无水乙醇混合溶液溶解，同时向混合溶液中加入金属离子总物质的量2倍的六亚甲基四胺，并搅拌15min。然后将溶液转移至100ml聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，在烘箱中分别加热至90℃并保
持10h，让反应釜自然冷却至室温。随后用去离子水和无水乙醇分别清洗绿沉淀物1至3次，通过离心收集洗涤好的产物，在60℃真空干燥箱中干燥12h。最终将干燥好的样品置于马弗炉中，升温至350℃煅烧2h，升温速率为2℃
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min-1
，待炉中样品自然冷却至室温，即得片状的尖晶石氧化物ni
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co2o4。
9.(3)将步骤(1)制得的co/n-cnt按5％～15％与步骤(2)制得的尖晶石型氧化物ni
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co2o4按95％～85％的质量比例进行均匀混合，二者比例之和为100％，制得co/n-cnt改性的尖晶石。
具体实施方式
10.实施例1：
11.(1)称取5mmol的六水合硝酸钴与20mmol的2-甲基咪唑(2-mim)分别溶解于100ml甲醇，用磁力搅拌器搅拌15min。然后在剧烈搅拌下将2-mim溶液快速倒入co(no3)2·
6h2o溶液中，逐渐形成紫溶液，继续将混合溶液搅拌30min使其分散均匀。混合溶液在室温下静置陈化24h，用甲醇离心洗涤数次后得到紫固体，最终将样品放置在80℃真空干燥箱中干燥6h，即为zif-67。
12.分别称取质量比为1:5的zif-67和三聚氰胺，通过玛瑙研钵将两者研磨均匀后，转移到瓷舟中。接着在管式炉内，氮气氛围下，将混合物经过两个阶段热解：先以3℃/min的升温速率升温至500℃，保持30min，然后以1℃/min的升温速率升至750℃，保温2小时，待炉内温度自然冷却至室温，收集黑产物即为co/n-cnt。
13.(2)按照一定摩尔比称取对应硝酸盐，使用40ml去离子水和20ml无水乙醇混合溶液溶解，同时向混合溶液中加入金属离子总物质的量2倍的六亚甲基四胺，并搅拌15min。然后将溶液转移至100ml聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，在烘箱中分别加热至90℃并保持10h，让反应釜自然冷却至室温。随后用去离子水和无水乙醇分别清洗绿沉淀物1至3次，通过离心收集洗涤好的产物，在60℃真空干燥箱中干燥12h。最终将干燥好的样品置于马弗炉中，升温至350℃煅烧2h，升温速率为2℃
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min-1
，待炉中样品自然冷却至室温，即得片状的尖晶石氧化物ni
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co2o4。
14.(3)将步骤(1)制得的co/n-cnt与步骤(2)制得的尖晶石型氧化物ni
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co2o4按5％：95％的质量比例进行均匀混合，二者比例之和为100％，制得co/n-cnt改性的ni
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zn
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co2o4。
15.实施例2：
16.(1)称取5mmol的六水合硝酸钴与20mmol的2-甲基咪唑(2-mim)分别溶解于100ml甲醇，用磁力搅拌器搅拌15min。然后在剧烈搅拌下将2-mim溶液快速倒入co(no3)2·
6h2o溶液中，逐渐形成紫溶液，继续将混合溶液搅拌30min使其分散均匀。混合溶液在室温下静置陈化24h，用甲醇离心洗涤数次后得到紫固体，最终将样品放置在80℃真空干燥箱中干燥6h，即为zif-67。
17.分别称取质量比为1:5的zif-67和三聚氰胺，通过玛瑙研钵将两者研磨均匀后，转移到瓷舟中。接着在管式炉内，氮气氛围下，将混合物经过两个阶段热解：先以3℃/min的升温速率升温至500℃，保持30min，然后以1℃/min的升温速率升至750℃，保温2小时，待炉内温度自然冷却至室温，收集黑产物即为co/n-cnt。
18.(2)按照一定摩尔比称取对应硝酸盐，使用40ml去离子水和20ml无水乙醇混合溶液溶解，同时向混合溶液中加入金属离子总物质的量2倍的六亚甲基四胺，并搅拌15min。然后将溶液转移至100ml聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，在烘箱中分别加热至90℃并保持10h，让反应釜自然冷却至室温。随后用去离子水和无水乙醇分别清洗绿沉淀物1至3次，通过离心收集洗涤好的产物，在60℃真空干燥箱中干燥12h。最终将干燥好的样品置于马弗炉中，升温至350℃煅烧2h，升温速率为2℃
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min-1
，待炉中样品自然冷却至室温，即得片状的尖晶石氧化物ni
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co2o4。
19.(3)将步骤(1)制得的co/n-cnt与步骤(2)制得的尖晶石型氧化物ni
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co2o4按10％：90％的质量比例进行均匀混合，二者比例之和为100％，制得co/n-cnt改性的尖晶石。
20.实施例3：
21.(1)称取5mmol的六水合硝酸钴与20mmol的2-甲基咪唑(2-mim)分别溶解于100ml甲醇，用磁力搅拌器搅拌15min。然后在剧烈搅拌下将2-mim溶液快速倒入co(no3)2·
6h2o溶液中，逐渐形成紫溶液，继续将混合溶液搅拌30min使其分散均匀。混合溶液在室温下静置陈化24h，用甲醇离心洗涤数次后得到紫固体，最终将样品放置在80℃真空干燥箱中干燥6h，即为zif-67。
22.分别称取质量比为1:5的zif-67和三聚氰胺，通过玛瑙研钵将两者研磨均匀后，转移到瓷舟中。接着在管式炉内，氮气氛围下，将混合物经过两个阶段热解：先以3℃/min的升温速率升温至500℃，保持30min，然后以1℃/min的升温速率升至750℃，保温2小时，待炉内温度自然冷却至室温，收集黑产物即为co/n-cnt。
23.(2)按照一定摩尔比称取对应硝酸盐，使用40ml去离子水和20ml无水乙醇混合溶液溶解，同时向混合溶液中加入金属离子总物质的量2倍的六亚甲基四胺，并搅拌15min。然后将溶液转移至100ml聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，在烘箱中分别加热至90℃并保持10h，让反应釜自然冷却至室温。随后用去离子水和无水乙醇分别清洗绿沉淀物1至3次，通过离心收集洗涤好的产物，在60℃真空干燥箱中干燥12h。最终将干燥好的样品置于马弗炉中，升温至350℃煅烧2h，升温速率为2℃
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min-1
，待炉中样品自然冷却至室温，即得片状的尖晶石氧化物ni
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co2o4。
24.(3)将步骤(1)制得的co/n-cnt与步骤(2)制得的尖晶石型氧化物ni
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co2o4按15％：85％的质量比例进行均匀混合，二者比例之和为100％，制得co/n-cnt改性的ni
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co2o4。
25.对以上实施例制备的催化剂进行测试，结果如下：
26.(1)阳极极化中，在ni
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co2o4中添加适量co/n-cnt后，极化减小。其中添加10％co/n-cnt催化剂的氧电极与其他电极相比，当电压为1v时，电流密度最高，达到了382.8ma
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cm-2
。
27.(2)阴极极化中，少量的co/n-cnt添加到ni
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co2o4中起到了增强催化剂氧还原活性的作用。添加10％co/n-cnt的催化剂催化的氧电极在电压为-0.6v时，电流密度达到343.7ma
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cm-2
。但是添加过量co/n-cnt会使催化剂的氧还原活性降低。
28.(3)测试结果得出，在ni
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co2o4中添加适量co/n-cnt，可提高催化剂的氧还原和氧析出催化活性，其中添加10％co/n-cnt的催化剂活性最高。
技术特征：
1.一种利用co/n-cnt提高尖晶石型氧化物催化性能的方法，其特征具体步骤为:(1)称取5mmol的六水合硝酸钴与20mmol的2-甲基咪唑(2-mim)分别溶解于100ml甲醇，搅拌15min后，在剧烈搅拌下将2-mim溶液快速倒入co(no3)2·
6h2o溶液中，继续搅拌30min使溶液分散均匀；在室温下静置陈化24h，用甲醇洗涤数次后得到紫固体，将样品放置在80℃真空干燥6h，即为zif-67；分别称取质量比为1:5的zif-67和三聚氰胺，将两者研磨均匀后，在管式炉内，氮气氛围下，将混合物经过两个阶段热解：先以3℃/min的升温速率升温至500℃，保持30min，然后以1℃/min的升温速率升至750℃，保温2h，自然冷却至室温，收集产物co/n-cnt；(2)将步骤(1)制得的co/n-cnt按5％～15％与采用溶胶-凝胶法制得的尖晶石氧化物ni
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0.4
co2o4按95％～85％的质量比例均匀混合，二者比例之和为100％，制得co/n-cnt改性的ni
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co2o4。
技术总结
一种利用Co/-CT对尖晶石氧化物i
