合催化材料的催化性能優(yōu)良；分別比較曲線E和曲線J、曲線F和曲線K可以看出，水熱合成過程中醋酸鈷溶液用量加倍降低了復(fù)合催化材料的起峰電位和催化電流，可能是由于添加較多的醋酸鈷后影響了炭黑氧化物和Co304活性位點的形成。
[0063]實施例5:—種碳黑氧化物與四氧化三鈷復(fù)合催化材料的制備方法，具體包括如下步驟:
[0064]第一步，改進(jìn)的Hummer方法制備碳黑氧化物；
[0065]稱取lg碳黑，將其加入到三口燒瓶中，然后加入23mL質(zhì)量濃度是98%的濃硫酸，室溫下磁力攪拌24h ;將三口燒瓶置于油浴鍋中油浴加熱，將油浴鍋溫度設(shè)置為60°C，向三口燒瓶中加入lOOmg NaN03，溶解5min，然后加入300mg ΚΜη04，攪拌30min ;向三口燒瓶中加入3mL高純水，5min后再加入3mL高純水，再過5min加入40mL高純水，15min后將三口燒瓶從油浴鍋中取出，然后加入140mL高純水和6mL質(zhì)量濃度是30%的過氧化氫溶液，得到碳黑氧化物的懸浮液。將得到的碳黑氧化物的懸浮液攪拌5min，冷卻至室溫，然后離心(7500r/min, 15min)，得到沉淀物A，沉淀物A依次用質(zhì)量濃度是5%的稀鹽酸和自來水分別離心洗滌(7500r/min，30min)兩次，得到沉淀物B，將沉淀物B滲析3天至滲析液為中性，得到懸浮液B，將懸浮液B分散在100mL高純水中，超聲60min，得到懸浮液C，將懸浮液C離心5min，離心速度2000r/min，得到沉淀物D和上清液D。沉淀物D于55°C烘箱中干燥，得到第一碳黑氧化物；上清液D先采用坩禍加熱至含有少量液體，然后放在55°C烘箱中干燥，得到第二碳黑氧化物。
[0066]第二步，水熱合成法制備碳黑氧化物與四氧化三鈷復(fù)合催化材料；
[0067]將第一步制備的第一碳黑氧化物溶于乙醇溶劑，配制成0.33mg/mL的第一碳黑氧化物的乙醇溶液。取24mL第一碳黑氧化物的乙醇溶液加入到100mL三口燒瓶中，依次加入
1.2mL0.2mol/L的醋酸鈷溶液、1.2mL高純水，80°C恒溫攪拌10h，得到反應(yīng)液。將三口燒瓶中的反應(yīng)液轉(zhuǎn)入到反應(yīng)釜中，150°C水熱反應(yīng)3h，得到懸浮液D。將懸浮液D離心(7500r/min, 30min)，得沉淀物D，然后沉淀物D依次用乙醇(7500r/min，30min)和高純水(12000r/min, 30min)各離心洗滌兩次得到沉淀物E，將沉淀物E于55°C干燥，得到第一 rmCB0/Co304復(fù)合催化材料。
[0068]將第二步中的第一炭黑氧化物換成第二碳黑氧化物，其余步驟相同，得到第二rmCBO/Co304復(fù)合催化材料。取lmg第一 rmCBO/Co 304復(fù)合催化材料于燒杯中，依次加入
3.5yL PTFE、lmL乙醇，超聲至復(fù)合催化材料分散均勻；然后將分散好的復(fù)合催化材料均勻滴涂在碳紙上，滴涂量為0.24mg，滴涂面積為1cm2。第二 rmCB0/Co304復(fù)合催化材料采用與第一 rmCB0/Co304復(fù)合催化材料相同的方法分散滴涂，滴涂密度相同。
[0069]將上述滴涂好的碳紙進(jìn)行線性掃描，電解液為0.lmol/L Κ0Η，參比電極為飽和甘汞電極，對電極為Pt電極，結(jié)果如圖5中曲線Η和L所示。從圖5的曲線Η、曲線L中可以看出，在碳紙電極第一 rmCB0/Co304復(fù)合催化材料和第二 rmCBO/Co 304復(fù)合催化材料的起峰電勢為-0.16V，電勢相對于飽和甘汞電極為-0.5V時，催化電流為分別-4mA/cm2、-3mA/cm2。因此，60°C氧化得到的炭黑氧化物與四氧化三鈷復(fù)合得到的復(fù)合催化材料表現(xiàn)出了較好的催化性能。第二 rmCB0/Co304復(fù)合催化材料的氧化程度比第一 rmCBO/Co 304復(fù)合催化材料的高，炭黑氧化物的結(jié)構(gòu)一定程度遭到破壞，故制得的復(fù)合催化材料在相同的過電勢下的催化電流略低。
[0070]上述實施例中制備得到的碳黑氧化物與四氧化三鈷復(fù)合催化材料，在碳紙上滴涂后進(jìn)行線性電勢掃描，電解液為0.lmol/L的Κ0Η溶液，參比電極為飽和甘汞電極，對電極為Pt電極，電勢相對于飽和甘汞電極為-0.5V時，其催化電流都可以達(dá)到-10.5?-3mA/cm2;在玻碳電極上滴涂后進(jìn)行線性電勢掃描，電解液為0.lmol/L的K0H溶液，參比電極為飽和甘汞電極，對電極為Pt電極，起峰電勢為-0.26?-0.12V。
【主權(quán)項】
1.一種碳黑氧化物與四氧化三鈷復(fù)合催化材料的制備方法，其特征在于:具體包括以下步驟， 第一步，改進(jìn)的Hu_er方法制備碳黑氧化物； 稱取炭黑，將其置于三口燒瓶中，加入濃硫酸，室溫下磁力攪拌24h ;將三口燒瓶置于油浴鍋中油浴加熱，然后依次加入硝酸鈉、高錳酸鉀和高純水，攪拌；將三口燒瓶從油浴鍋中取出，然后加入高純水和過氧化氫溶液，得到碳黑氧化物的懸浮液；將上述碳黑氧化物的懸浮液攪拌，冷卻至室溫，然后7500rpm條件下離心處理15min，取沉淀物A，然后依次用稀鹽酸和自來水離心處理并洗滌沉淀物A各兩次，離心處理條件為7500rpm條件下離心30min，得到沉淀物B，將沉淀物B滲析至滲析液為中性，得到懸浮液B，將懸浮液B分散在高純水中，超聲，得到懸浮液C，離心速度2000r/min條件下離心處理5min，得到沉淀物D和上清液；沉淀物D和上清液分別進(jìn)行干燥處理，得到碳黑氧化物； 所述的油浴鍋中油浴溫度為35?60°C ;所述炭黑、硝酸鈉、高錳酸鉀的質(zhì)量比為10:1:3 ;第二步，水熱合成法制備碳黑氧化物與四氧化三鈷復(fù)合催化材料； 將第一步制備的炭黑氧化物溶于乙醇溶劑配制碳黑氧化物的乙醇溶液，然后加入醋酸鈷溶液和高純水，80°C恒溫攪拌10h，得到反應(yīng)液；將反應(yīng)液移入反應(yīng)釜中水熱反應(yīng)，得到懸浮液E ;懸浮液E離心處理，條件為離心速度7500r/min，時間30min，得到沉淀物E，沉淀物E分別用乙醇和高純水離心洗滌兩次得到沉淀物F，離心條件為轉(zhuǎn)速7500r/min，時間30min，沉淀物F進(jìn)行干燥處理，得到碳黑氧化物與四氧化三鈷復(fù)合催化材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳黑氧化物與四氧化三鈷復(fù)合催化材料的制備方法，其特征在于:第二步中所述的碳黑氧化物的乙醇溶液的濃度為0.33mg/mL ;所述醋酸鈷溶液的濃度為0.2mol/L，所述炭黑氧化物與醋酸鈷的質(zhì)量比為1:5?1:10 ;所述的水熱反應(yīng)的溫度為150°C，水熱反應(yīng)時間3h ;所述干燥沉淀物F的干燥溫度是55°C。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳黑氧化物與四氧化三鈷復(fù)合催化材料的制備方法，其特征在于:所述濃硫酸的質(zhì)量濃度是98% ;所述的過氧化氫溶液的質(zhì)量濃度為30% ;所述的稀鹽酸的質(zhì)量濃度為5% ;所述烘箱的溫度是55°C。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳黑氧化物與四氧化三鈷復(fù)合催化材料的制備方法，其特征在于:第一步中所述的上清液繼續(xù)以5000r/min的速度離心5min，得到沉淀物E和上清液E ;將上清液E繼續(xù)以10000r/min的速度離心5min，得到沉淀物F和上清液F ;沉淀物E和沉淀物F分別置于55°C烘箱中干燥，上清液F放在55°C烘箱中干燥，均得到碳黑氧化物。5.一種碳黑氧化物與四氧化三鈷復(fù)合催化材料，其特征在于:在碳紙上滴涂后進(jìn)行線性電勢掃描，電解液為0.lmol/L的K0H溶液，參比電極為飽和甘汞電極，對電極為Pt電極，電勢相對于飽和甘汞電極為-0.5V時，其催化電流都可以達(dá)到-10.5?-3mA/cm2;在玻碳電極上滴涂后進(jìn)行線性電勢掃描，電解液為0.lmol/L的K0H溶液，參比電極為飽和甘汞電極，對電極為Pt電極，起峰電勢為-0.26?-0.12Vo6.一種碳黑氧化物與四氧化三鈷復(fù)合催化材料的應(yīng)用，其特征在于:用于燃料電池陰極的氧化還原反應(yīng)。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種碳黑氧化物與四氧化三鈷復(fù)合催化材料及其制備方法，屬于電催化領(lǐng)域。本發(fā)明首先采用改進(jìn)的Hummer方法制備碳黑氧化物，然后采用水熱合成法將碳黑氧化物與醋酸鈷反應(yīng)，離心，干燥，得到碳黑氧化物與四氧化三鈷復(fù)合催化材料。本發(fā)明制備的碳黑氧化物與四氧化三鈷復(fù)合催化材料催化效果好，穩(wěn)定性好；本發(fā)明制備復(fù)合催化劑材料所需要的原材料來源廣泛，價格低廉，能夠有效的降低成本，適于商業(yè)應(yīng)用。
【IPC分類】H01M4/90, H01M4/88
【公開號】CN105355932
【申請?zhí)枴緾N201510671653
【發(fā)明人】刁鵬, 蘇慶云, 薛寧
【申請人】北京航空航天大學(xué)
【公開日】2016年2月24日
【申請日】2015年10月16日