[发明专利]一种氮化碳掺杂碳基钴氧化物纳米催化剂的制备方法和应用

摘要

本发明公开了一种氮化碳掺杂碳基钴氧化物纳米催化剂的制备方法以及基于该催化剂电解水析氧的应用，属于纳米催化、纳米材料、金属有机框架物材料技术领域。其主要步骤将制备MOF的原料以及双氰胺的碱性溶液共混制得凝胶，将其分离制得MOF @双氰胺纳米晶体，将其在空气氛下加热，制得氮化碳掺杂碳基钴氧化物纳米催化剂。该催化剂制备所用原料成本低，制备工艺简单，反应能耗低，具有工业应用前景。该催化剂用于高效催化电解水析氧，具有良好的析氧电催化活性与电化学稳定性。

主权项

1.一种氮化碳掺杂碳基钴氧化物纳米催化剂的制备方法，其特征在于，步骤如下：/n(1)制备MOF@双氰胺纳米晶体/n将0.058g Co(NO₃)₂﹒6H₂O溶于0.5-1.0mL水，加入0.1-0.2g双氰胺，制得Co(II)-双氰胺水溶液；/n将0.03-0.060g配体L溶于0.5-1.0mL的N,N—二甲基乙酰胺DMA，制得配体L的DMA溶液；/n将0.025-0.035g对苯二甲酸H₂BDC、0.020-0.030g氢氧化钾溶于0.5-1.0mL水中，制得H₂BDC碱性水溶液；/n将Co(II)-双氰胺水溶液与H₂BDC碱性水溶液室温共混后，加入配体L的DMA溶液振荡混匀，5-20秒获得凝胶，将凝胶85℃静置陈化24h，分别用体积比1：1的乙醇与水洗涤并离心分离3次，制得MOF@双氰胺纳米晶体；/n(2)制备氮化碳掺杂碳基钴氧化物纳米催化剂/n将MOF@双氰胺纳米晶体置于管式炉中空气氛下加热，升温速率为5℃/min，加热至450-500℃，保温1.5-2.5h，然后，以2℃/min降温速率冷却到室温，制得氮化碳掺杂碳基钴氧化物纳米催化剂；/n所述配体L，构造式如下：/n /n配体L的制备，步骤如下：/n搅拌条件下，将0.10mol的1,2-乙二胺与0.20mol的3-吡啶甲酸混合，加热分馏，维持分馏柱顶的温度103-105℃，当分馏柱顶温度下降，表明反应已完成，将混合液冷却到10-20℃，抽滤，并用乙醇洗涤三次，用乙醇重结晶，得到配体L，产率63-65％；/n所述MOF@双氰胺纳米晶体，粒径为40-50nm；MOF纳米晶体属于三斜晶系P1，其化学式为[CoL_1.5(BDC)(H₂O)₃]n，一个结构单元由1个Co(II)阳离子中心、1.5个配体L、1个BDC(II)阴离子和3个配位H₂O分子组成；/n所述催化剂是由2D褶皱状石墨型氮化碳和碳微晶基材负载Co₃O₄纳米晶体构成的复合材料；氮化碳和碳微晶基材长为20-30μm；Co₃O₄纳米晶体粒径为10-15nm。/n