[發明專利]一種三維可連續結構的Fe3

有效

• 申請號: 201911308000.7
• 申請日: 2019-12-18
• 公開（公告）號: CN110961136B
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 齊慧;唐霖;鄧雯
• 申請（專利權）人: 西安工業大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24
• 代理公司: 西安新思維專利商標事務所有限公司 61114
• 代理人: 韓翎

本發明涉及一種三維可連續結構的Fe₃N包覆的FeNCN復合物的制備方法，包括以下步驟：1）將1.0~3.0 g分析純的尿素或氨基氰，1.0 g鐵鹽如草酸高鐵銨或檸檬酸鐵胺或硝酸鐵，加入到10~30 mL去離子水中，攪拌0.5?2 h，制成鐵鹽的配合物，標記為溶液A；2）將溶液A在?30℃下冷凍1.5~2.5h，然后在真空冷凍干燥儀中干燥20~30 h，得到片狀前驅物B；3）將片狀前驅物B置于管式爐中,保護氣氛為氬氣，氬氣流速為50~150 sccm，以5?15°C/min的速率升溫至500?700°C之后，保溫15?120 min，然后將反應氣氛切換為NH₃，NH₃流速為50~150 sccm，繼續保溫15?60 min，反應結束，繼續通氬氣至自然冷至室溫，得到最終產物Fe₃N包覆的FeNCN復合物。

技術領域

本發明屬于電化學技術領域，具體涉及一種三維可連續結構的Fe₃N包覆的FeNCN復合物及其制備方法。

背景技術

隨著人類對清潔和可持續能源需求的不斷增加，科學家們將大量精力投入到了高效、低成本和環境友好的能源轉換和儲存系統的研究與開發方面。其中氧還原反應(ORR)是在燃料電池和金屬空氣電池中普遍存在的陰極反應，考慮到催化劑的活性和穩定性，用于ORR反應的催化劑主要有Pt及其合金，但是這些貴金屬在自然界中儲量低，而且價格昂貴。其中Fe-N-C體系是一種非常有前景的貴金屬替代催化劑，研發非貴金屬氧還原催化劑成為了該領域中人們關注的熱點課題。雖然目前報道的Fe-N-C復合催化劑在ORR取得了很好的成果，但目前這種復合催化劑，由于在制備過程中鐵、氮和碳的配比不合理及化學環境不同，導致催化劑中活性位點較少，而且傳統的高溫熱解法，原料混合不均勻導致碳材料和金屬之間存在分布不均勻、比表面小和導電性差。

發明內容

本發明要提供一種三維可連續結構的Fe₃N包覆的FeNCN復合物及其制備方法，采用液相法溶解原料并通過冷凍干燥來充分混合原料，以克服一步高溫熱解法導致的Fe、N和C的分布不均勻的問題，并通過調節雙氣氛（惰性氣體和氨氣）的反應時間來控制產物中Fe₃N和FeNCN的比例，使其達到一個最優比例，通過彼此間的協同作用來達到催化劑的反應活性（Fe-N₄活性位點）和穩定性之間的一個平衡。

為達到本發明的目的，本發明的技術方案如下：

一種三維可連續結構的Fe₃N包覆的FeNCN復合物的制備方法，包括以下步驟：

1）將1.0~3.0 g分析純的尿素或氨基氰，1.0 g鐵鹽如草酸高鐵銨或檸檬酸鐵胺或硝酸鐵, 加入到10~30 mL去離子水中，攪拌0.5-2 h，制成鐵鹽的配合物，標記為溶液A；

2）將溶液A在-30℃下冷凍1.5~2.5h，然后在真空冷凍干燥儀中干燥20~30 h，得到片狀前驅物B；

3）將片狀前驅物B置于管式爐中, 保護氣氛為氬氣，氬氣流速為50~150 sccm，以5-15°C/min的速率升溫至500-700°C之后，保溫15-120 min，然后將反應氣氛切換為NH₃，NH₃流速為50~150 sccm，繼續保溫15-60 min，反應結束，繼續通氬氣至自然冷至室溫，得到最終產物Fe₃N包覆的FeNCN復合物。

上述制備方法制得的三維可連續結構的Fe₃N包覆的FeNCN復合物。

與現有技術相比，本發明的有益效果如下：

1）本發明通過液相輔助高溫熱解法制備了三維可連續結構的Fe₃N包覆FeNCN復合物，三維連通結構新穎，該結構解決了復合催化劑中導電性差的問題，Fe金屬元素的存在提高了催化劑的反應活性；