[發明專利]一種微孔化鐵-氮摻雜碳催化劑材料的可循環制備方法

有效

• 申請號: 201811255912.8
• 申請日: 2018-10-26
• 公開（公告）號: CN109546162B
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發明（設計）人: 楊石榴;薛曉熠;李華明;袁壽其
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M4/90
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種微孔化鐵-氮摻雜碳催化劑材料的可循環制備方法，其特征在于：包括如下步驟：

（a）將可溶性的三價鐵源化合物溶于水中形成溶液，在攪拌條件下迅速倒入一定量的含氮聚合物單體，攪拌條件下，氧化聚合一段時間后進行固液分離，收集濾液和濕潤固體，無需洗滌和干燥過程；

（b）將步驟a得到的濕潤固體與一定量的熔鹽充分混合、干燥得到熔鹽外包型前驅體；所述的熔鹽為鋰、鈉、鉀、鎂、鈣、鋁、鋅的氯化物或者鋰、鈉、鉀、鎂、鈣、鋁、鋅的氯化物的水合物中的一種或者兩種混合物；

（c）將步驟b得到的熔鹽外包型前驅體放入管式爐中，在氮氣、氬氣或者氬氣-氫氣混合氣的惰性氣氛下進行800~1000℃高溫碳化處理1～3小時得到碳化產物；升溫速率為2～10℃/min；

（d）將步驟c得到的碳化產物進行粉碎、酸洗、水洗、干燥處理，得到微孔化鐵-氮摻雜碳材料；

（e）將步驟a固液分離得到的濾液與雙氧水攪拌混合得到三價鐵源溶液，然后重復（a）至（d）過程得到二次鐵-氮摻雜碳材料，以此類推，可循環制備不同批次的鐵-氮摻雜碳材料。

2.根據權利要求1中所述的制備方法，其特征在于：步驟（a）中，所述的可溶性三價鐵源化合物為氯化鐵、硝酸鐵或者氯化鐵水合物、硝酸鐵水合物中的一種或多種的混合物；所述的含氮聚合物單體為吡咯、苯胺、苯二胺或者吡咯衍生物、苯胺衍生物、苯二胺衍生物中的一種或者多種的混合物；含氮聚合物單體濃度控制在0.2～1mol/L之間，三價鐵源濃度控制在聚合物單體濃度的2~2.5倍；所述的氧化聚合過程是在0~50 ℃范圍內磁力或機械攪拌1~5小時，所述的固液分離通過抽濾或低速離心完成。

3.根據權利要求1中所述的制備方法，其特征在于：步驟（b）中，熔鹽與濕潤固體之間的質量比控制在5:1~15:1之間；所述的充分混合是通過加入水進行攪拌浸潤或者直接研磨或球磨。

4.根據權利要求1中所述的制備方法，其特征在于：步驟（d）中，所述的粉碎過程使用研磨、碾壓或球磨的方式進行；所述的酸洗過程需要用到的酸為鹽酸、硫酸、硝酸、醋酸中的一種或混合物，酸溶液濃度在0.1~5 mol/L之間；所述的酸洗和水洗過程是浸泡、攪拌、過濾或離心過程，其中酸洗浸泡、攪拌時間為1~5小時，溫度在0~50℃之間；所述的酸洗后的溶液可循環使用。

5.根據權利要求1中所述的制備方法，其特征在于：步驟（e）中，所述可循環制備過程是將固液分離后的濾液直接與雙氧水混合、攪拌得到三價鐵源溶液，或者將不同批次循環后的濾液進行混合后與雙氧水混合、攪拌得到三價鐵源溶液；所述的雙氧水為質量分數為30~80wt%的市售雙氧水溶液，所需過氧化氫的摩爾量按照濾液中鐵離子總摩爾量的0.5~1倍加入。

6.一種微孔化鐵-氮摻雜碳催化劑材料，其特征在于，是通過權利要求1~5任一項所述制備方法制得的。

7.將權利要求6所述的微孔化鐵-氮摻雜碳催化劑材料用于金屬-空氣電池、燃料電池、水分解或二氧化碳還原領域的電催化劑的用途。