一种Co3O4/NiPdCo合金/石墨烯复合材料的制备方法

技术领域

本发明涉及纳米催化剂领域，具体来说是一种Co

背景技术

燃料电池由于环保和高能量密度的特性而备受关注，但是迟缓的阴极氧还原动力学反应(ORR)是其发展的一大阻碍。利用阴极氧还原催化剂能有效解决阴极氧还原反应慢的问题。目前，主要使用的阴极催化剂为贵金属催化剂，贵金属催化剂具有优异的催化活性，能有效催化氧还原反应发生，但是，由于贵金属催化剂成本高、储量低，因此基于非贵金属催化剂的研究对燃料电池的发展有着重要的推动作用。在过渡金属氧化物中，Co

发明内容

针对上述问题，本发明公开了一种Co

S1：将乙酰丙酮钯和硝酸钴以及硝酸镍加入甲苯和乙醇的混合溶液中，加入1，2-十六烷二醇，搅拌1-2h，将溶液转入聚四氟乙烯反应釜中，进行水热反应；

S2：将S1反应后溶液置于水浴锅中，加入聚乙烯醇和乙二胺，升温至220-300℃，搅拌4-6h，冷却后，将溶液转入离心管中，离心分离出产物，用去离子水和乙醇清洗产物，之后放入干燥箱中干燥；

S3：将硝酸钴加入去离子水中，在搅拌环境中将0.8-1mol/L的Na

S4：将石墨烯加入去离子水中，超声使其完全分散，之后加入S2和S3产物，搅拌1-2h，静置2h后将沉淀过滤并用去离子水和乙醇清洗3-5遍，60℃真空干燥6-8h，得到Co

优选的，所述步骤S1中，乙酰丙酮钯、硝酸钴、硝酸镍和1，2-十六烷二醇的质量比为1：(1.5-2)：(1.5-2)：(2-3)。

优选的，所述步骤S1中，甲苯和乙醇的体积比为1：(2-3)。

优选的，所述步骤S1中，水热反应的温度为120-150℃，反应时间为6-8h。

优选的，所述步骤S2中，乙酰丙酮钯和聚乙烯醇和乙二胺的质量体积比为1g：(1-1.5)ml：(0.5-1)ml。

优选的，所述步骤S3中，硝酸钴与S1中乙酰丙酮钯的质量比为1:1。

优选的，所述步骤S4中，石墨烯与乙酰丙酮铂的质量比为(2-3)：1。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

(1)以乙酰丙酮钯为钯源，硝酸钴为钴源，硝酸镍为镍源，1，2-十六烷二醇为还原剂，聚乙烯醇和乙二胺为表面活性剂，在液相中合成了三元NiPdCo合金。

(2)NiPdCo合金不仅具有良好的催化性能，也具有良好的导电性，同时，减少了乙酰丙酮钯的使用，降低了成本。

(3)将NiPdCo合金和Co

(4)本发明所用原料来源广泛，制备方法简单，适合大规模生产。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的Co

图2为本发明实施例1制备的Co

图3为Pt/C 8000次循环后在0.1M KOH电解液中耐久性测试后极化曲线。

具体实施方式

实施例1：

一种Co

S1：将1g乙酰丙酮钯和1.8g硝酸钴以及1.8g硝酸镍加入10ml甲苯和25ml乙醇的混合溶液中，加入2.5g 1，2-十六烷二醇，搅拌1.5h，之后将溶液转入聚四氟乙烯反应釜中，140℃水热反应7h；

S2：将S1反应后溶液置于水浴锅中，加入1.2ml聚乙烯醇和0.8ml乙二胺，升温至250℃，搅拌5h，冷却后，将溶液转入离心管中，离心分离出产物，用去离子水和乙醇清洗产物4次，之后放入干燥箱中干燥；

S3：将1g硝酸钴加入去离子水中，在搅拌环境中将0.9mol/L的Na

S4：将2.5g石墨烯加入去离子水中，超声30min使其完全分散，之后加入S2和S3产物，搅拌1.5h，静置2h后将沉淀过滤并用去离子水和乙醇清洗4遍，60℃真空干燥7h，得到Co

实施例2：

一种Co

S1：将1g乙酰丙酮钯和1.5g硝酸钴以及1.5g硝酸镍加入10ml甲苯和20ml乙醇的混合溶液中，加入2g 1，2-十六烷二醇，搅拌1h，将溶液转入聚四氟乙烯反应釜中，120℃水热反应8h；

S2：将S1反应后溶液置于水浴锅中，加入1ml聚乙烯醇和0.5ml乙二胺，升温至220℃，搅拌6h，冷却后，将溶液转入离心管中，离心分离出产物，用去离子水和乙醇清洗产物3次，之后放入干燥箱中干燥；

S3：将1g硝酸钴加入去离子水中，在搅拌环境中将0.8mol/L的Na

S4：将2g石墨烯加入去离子水中，超声20min使其完全分散，之后加入S2和S3产物，搅拌1h，静置2h后将沉淀过滤并用去离子水和乙醇清洗3遍，60℃真空干燥6h，得到Co

实施例3：

一种Co

S1：将1g乙酰丙酮钯和2g硝酸钴以及2g硝酸镍加入10ml甲苯和30ml乙醇的混合溶液中，加入3g 1，2-十六烷二醇，搅拌2h，将溶液转入聚四氟乙烯反应釜中，150℃水热反应6h；

S2：将S1反应后溶液置于水浴锅中，加入1.5ml聚乙烯醇和1ml乙二胺，升温至300℃，搅拌4h，冷却后，将溶液转入离心管中，离心分离出产物，用去离子水和乙醇清洗产物5次，之后放入干燥箱中干燥；

S3：将1g硝酸钴加入去离子水中，在搅拌环境中将1mol/L的Na

S4：将3g石墨烯加入去离子水中，超声40min使其完全分散，之后加入S2和S3产物，搅拌h，静置2h后将沉淀过滤并用去离子水和乙醇清洗5遍，60℃真空干燥8h，得到Co

实施例4：

一种Co

S1：将1g乙酰丙酮钯和1.5g硝酸钴以及2g硝酸镍加入10ml甲苯和25ml乙醇的混合溶液中，加入3g 1，2-十六烷二醇，搅拌1.5h，之后将溶液转入聚四氟乙烯反应釜中，130℃水热反应7h；

S2：将S1反应后溶液置于水浴锅中，加入1.1ml聚乙烯醇和0.9ml乙二胺，升温至250℃，搅拌5h，冷却后，将溶液转入离心管中，离心分离出产物，用去离子水和乙醇清洗产物4次，之后放入干燥箱中干燥；

S3：将1g硝酸钴加入去离子水中，在搅拌环境中将0.9mol/L的Na

S4：将2.5g石墨烯加入去离子水中，超声30min使其完全分散，之后加入S2和S3产物，搅拌1.5h，静置2h后将沉淀过滤并用去离子水和乙醇清洗4遍，60℃真空干燥7h，得到Co

性能测试：

氧还原反应(ORR)测试：通过辰华CHI760E电化学工作站，利用RDE通过线性扫描伏安法(LSV)对样品ORR性能进行测试，电解质为0.1M KOH，测试前通氧气至饱和，扫描范围(0.2V-1.0V)，扫速10mV·s

测试过程采用三电极体系：其中，所用工作电极为玻碳电极RDE(5mm，Pine)；所用参比电极为Ag/AgCl电极，电极填充液为3M KCl溶液，在0.1M KOH溶液中相对于可逆氧电极的标准电极电位为0.949V，所用对电极为Pt电极。

玻碳电极使用前需要做一定的前处理，将电极清洗干净。清洗步骤如下：使用前，将先后使用1.0um、0.5um的氧化铝粉末进行对电极进行打磨，观察电极表面如镜子一样的光亮平滑为止，经过氧化铝粉末打磨的玻碳电极经过去离子水的冲洗后，在室温条件下晾干。主要目的是去除表面的污染物，使电极表面保持干净平整，减少电极表面其他物质对测试的影响。测试样品前，将样品分散在溶液中，制成催化剂的悬浮分散液，滴加到玻碳电极上，样品均匀、平整的分散在玻碳电极的表面。

工作电极的制备：将10mg实施例1-4制备的催化剂超声分散在含有1.2ml乙醇和0.08ml Nafion(5％)的混合溶液中。将分散液滴到抛光的玻碳电极表面上，在室温下自然晾干。为了对比，用同样的方法将Pt/C催化剂制备成电极。

对本发明实施例1制备的Co

循环稳定性的测试为将催化剂以50mV·s

本发明实施例2-4制备的Co

从表1可以看出本发明实施例2-4制备的材料的起始电位和半波电位与实施例1相近，证明了其也具有良好的电催化活性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制，尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。