[發明專利]氮摻雜多孔碳擔載的非貴金屬電催化劑制備及電催化應用

在審

• 申請號: 201510927455.2
• 申請日: 2015-12-13
• 公開（公告）號: CN106876730A
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發明（設計）人: 謝妍;金新新;姜宇
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01M4/90
• 分類號: H01M4/90
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司21002
• 代理人: 馬馳

1.氮摻雜多孔碳擔載的非貴金屬電催化劑的制備方法，其特征在于按照以下步驟進行：

1)A、先將氧化鎂與含氮配體及多酸配體混合在有機溶劑中，超聲分散5～60min，25～80℃下，旋蒸后，得到白色混合物，再在惰性氣氛下經高溫600-1000℃焙燒30min～4h，酸洗除去硬模板，水洗至中性后，經真空干燥箱烘干后得氮摻雜的多孔碳載體；

或者，B、直接將氧化鎂與含氮配體及羧酸的配體研磨混合，再在惰性氣氛下經高溫600-1000℃焙燒30min～4h，在25～80℃下，酸洗除去硬模板，水洗至中性后，經真空干燥箱烘干后得氮摻雜的多孔碳載體；

2)將過渡金屬大環配合物溶解或分散在有機溶劑中，再與1)中制備的碳材料混合，超聲5～60min，25～80℃下，旋蒸后，在惰性氣氛下經高溫600-1000℃焙燒30min～4h，在25～80℃下，酸洗除雜質，水洗至中性后得到擔載型非貴金屬電催化劑。

2.根據權利要求1所述的氮摻雜多孔碳擔載的非貴金屬電催化劑的制備方法，其特征在于，步驟1)中，所述氧化鎂的質量分數為10～70％；含氮配體與多酸配體的質量比為3/7～7/3；氧化鎂與含氮配體的質量比為3/7～7/3。

3.根據權利要求1所述的氮摻雜多孔碳擔載的非貴金屬電催化劑的制備方法，其特征在于，步驟1)中，所述含氮配體為三聚氰胺、鄰菲羅啉、雙氰胺或4.4＇-聯吡啶中的一種或兩種以上的混合物；所述多酸配體為草酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、對苯二甲酸中的一種或兩種以上的混合酸。

4.根據權利要求1所述的氮摻雜多孔碳擔載的非貴金屬電催化劑的制備方法，其特征在于，步驟1)和2)中，所述有機溶劑為甲醇、乙醇、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺或二氯甲烷中的一種或兩種以上的混合溶劑。

5.根據權利要求1所述的氮摻雜多孔碳擔載的非貴金屬電催化劑的制備方法，其特征在于，步驟1)和2)中，所述惰性氣氛為氬氣、氮氣、氨氣中的一種或兩種以上的混合氣。

6.根據權利要求1所述的氮摻雜多孔碳擔載的非貴金屬電催化劑的制備方法，其特征在于，步驟1)中，所述酸洗除去硬模板的 酸為鹽酸、硫酸、硝酸或高氯酸中的一種或兩種以上的混合物，酸的濃度為0.1～2M。

7.根據權利要求1所述的氮摻雜多孔碳擔載的非貴金屬電催化劑的制備方法，其特征在于，步驟2)中，所述酸洗除雜質酸為鹽酸、硫酸、硝酸或高氯酸中的一種或兩種以上的混合物，酸的濃度為0.1～1M。

8.根據權利要求1所述的氮摻雜多孔碳擔載的非貴金屬電催化劑的制備方法，其特征在于，步驟2)中，過渡金屬大環配合物為氯化血紅素、鐵酞菁或維生素B12中的一種或兩種以上的混合物；過渡金屬大環配合物于擔載型非貴金屬電催化劑中的載量為10～70wt％。

9.一種權利要求1-8任一所述制備方法獲得的氮摻雜多孔碳擔載的非貴金屬電催化劑。

10.根據權利要求9所述非貴金屬電催化劑在氧還原反應中的應用，在氧還原反應中表現出優異的活性，可與商業Pt/C的氧還原活性相媲美，可應用燃料電池中。