[發明專利]一種氮、硫或氯摻雜三維多孔石墨烯催化劑的制備及應用

在審

• 申請號: 201610099437.4
• 申請日: 2016-02-23
• 公開（公告）號: CN105680060A
• 公開（公告）日: 2016-06-15
• 發明（設計）人: 喬錦麗;唐勝;周學俊;徐能能
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: H01M4/90
• 分類號: H01M4/90;H01M4/88;H01M4/96
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩

1.一種氮、硫或氯摻雜三維多孔石墨烯催化劑的制備方法，其特征在于，包括：

第一步：將氧化石墨烯溶于溶劑中，超聲處理，加入含氮、硫或氯的烷基化合物、鹽酸和過渡金屬鹽進行反應，干燥，得到前驅體；所述的烷基化合物為3-氨丙基三乙氧基硅烷、巰丙基三甲氧基硅烷和3-氯丙基三甲氧基硅烷中的一種或幾種；

第二步：將第一步所得的前驅體在惰性氣體氣氛保護下升溫至600～1000℃焙燒還原處理1~3h，得到一次碳化物；將所得的一次碳化物用氫氟酸和鹽酸的混合液于室溫下酸洗處理12~24h，離心，用去離子水清洗后干燥，得含氮、硫或氯的三維多孔石墨烯材料；

第三步：將第二步所得的含氮、硫或氯的三維多孔石墨烯材料再次在惰性氣體氣氛保護下升溫至600～1000℃焙燒還原處理1~3h，獲得氮、硫或氯摻雜三維多孔石墨烯催化劑。

2.如權利要求1所述的氮、硫或氯摻雜三維多孔石墨烯催化劑的制備方法，其特征在于，所述的第一步中的過渡金屬鹽為氯化亞鐵、硫酸亞鐵、硫酸鐵、硝酸鐵、硫酸鈷或硝酸鈷。

3.如權利要求1所述的氮、硫或氯摻雜三維多孔石墨烯催化劑的制備方法，其特征在于，所述的第一步中的鹽酸的濃度為2M～12M。

4.如權利要求1所述的氮、硫或氯摻雜三維多孔石墨烯催化劑的制備方法，其特征在于，所述的氧化石墨烯、含氮、硫或氯的烷基化合物、過渡金屬鹽和鹽酸的比例為100mg：3mL：400mg：0.5mL。

5.如權利要求1所述的氮、硫或氯摻雜三維多孔石墨烯催化劑的制備方法，其特征在于，所述的氫氟酸和鹽酸的混合液由濃度為4.5M～22.5M的氫氟酸、濃度為2M～12M的鹽酸以及去離子水按照體積比1:1～3:1～3混合得到，一次碳化物和氫氟酸和鹽酸的混合液的比例為1g:50～150mL。

6.如權利要求1所述的氮、硫或氯摻雜三維多孔石墨烯催化劑的制備方法，其特征在于，所述的第一步中的溶劑為水、甲醇、乙醇或丙酮。

7.權利要求1-6中任一項所述的氮、硫或氯摻雜三維多孔石墨烯催化劑的制備方法所制備的氮、硫或氯摻雜三維多孔石墨烯催化劑。

8.一種制備燃料電池用膜電極結合體的方法，其特征在于，具體步驟包括：將權利要求1-6中任一項所述的氮、硫或氯摻雜三維多孔石墨烯催化劑的制備方法所制備的氮、硫或氯摻雜三維多孔石墨烯催化劑分散到分散劑溶液中，經過超聲得到催化劑懸濁液；將催化劑懸濁液轉移到玻碳電極上，室溫下自然晾干，得到燃料電池用膜電極結合體。

9.如權利要求8所述的制備燃料電池用膜電極結合體的方法，其特征在于，所述的燃料電池為質子交換膜燃料電池、堿性聚合物膜燃料電池、金屬-空氣電池、直接堿性有機小分子液體燃料電池或超級電容器。