[發(fā)明專利]一種S摻雜Fe-N-C納米多孔碳纖維氧還原催化劑及其制法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202010747845.2
• 申請日: 2020-07-30
• 公開（公告）號: CN112064151A
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 向代成
• 申請（專利權(quán)）人: 嵊州市量創(chuàng)新材料有限公司
• 主分類號: D01F9/22
• 分類號: D01F9/22;D01F8/16;D01F8/08;D01D5/00;C08F8/34;C08F8/12;C08F120/44;C08G83/00;B82Y40/00;H01M4/90;H01M4/88
• 代理公司: 北京風雅頌專利代理有限公司 11403
• 代理人: 于潔

1.一種S摻雜Fe-N-C納米多孔碳纖維氧還原催化劑，包括以下按重量份數(shù)計的配方原料，其特征在于：50-65份Fe基金屬有機骨架、25-30份聚丙烯腈、2-3份氨基硫脲、10-17份縮合劑。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種S摻雜Fe-N-C納米多孔碳纖維氧還原催化劑，其特征在于：所述縮合劑為2-(7-氧化苯并三氮唑)-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸鹽。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種S摻雜Fe-N-C納米多孔碳纖維氧還原催化劑，其特征在于：所述Fe基金屬有機骨架制備方法包括以下步驟：

(1)向反應(yīng)瓶中通入N₂排出空氣，加入乙醇溶劑、對苯二甲醛和5-氨基間苯二甲酸，將溶液置于油浴鍋中加熱至80-90℃，勻速攪拌反應(yīng)20-30h，將溶液減壓濃縮除去溶劑、洗滌固體產(chǎn)物，將固體產(chǎn)物溶于乙醇溶劑中，進行重結(jié)晶分離純化，制備得到有機配體對苯亞胺間苯二甲酸，反應(yīng)方程式如下：

(2)向N,N-二甲基甲酰胺溶劑中，加入FeCl₃和有機配體對苯亞胺間苯二甲酸，將溶液在60-80℃下超聲分散處理1-2h，并勻速攪拌20-40min，將溶液轉(zhuǎn)移進水熱反應(yīng)釜中，加熱至130-150℃，反應(yīng)25-30h，將溶液冷卻至室溫，加入過量蒸餾水直至有大量沉淀析出，過濾、洗滌固體產(chǎn)物，將固體產(chǎn)物置于乙醇溶劑中，在70-80℃下勻速攪拌4-6h，將溶液除去溶劑、洗滌固體產(chǎn)物，在40-50℃充分干燥，制備得到Fe基金屬有機骨架。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種S摻雜Fe-N-C納米多孔碳纖維氧還原催化劑，其特征在于：所述對苯二甲醛和5-氨基間苯二甲酸的物質(zhì)的量摩爾比為1:2-2.5。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種S摻雜Fe-N-C納米多孔碳纖維氧還原催化劑，其特征在于：所述FeCl₃和有機配體對苯亞胺間苯二甲酸物質(zhì)的量摩爾比為1:2.8-3.2。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種S摻雜Fe-N-C納米多孔碳纖維氧還原催化劑，其特征在于：所述油浴鍋包括底座(1)，所述底座(1)的正面設(shè)置有溫控儀(2)、攪拌調(diào)節(jié)器(3)和電源開關(guān)(4)，所述底座(1)的頂部固定連接有支架(5)和框體(6)，所述框體(6)的內(nèi)壁固定連接有感溫器(7)，所述支架(5)的頂部固定連接有電機(8)，所述電機(8)的底部固定連接有攪拌軸(9)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種S摻雜Fe-N-C納米多孔碳纖維氧還原催化劑，其特征在于：所述S摻雜Fe-N-C納米多孔碳纖維氧還原催化劑制備方法包括以下步驟：

(1)向質(zhì)量分數(shù)8-15％的氫氧化鈉水溶液中，加入25-30份聚丙烯腈，將溶液加熱至75-85℃，反應(yīng)1-2h，將溶液過濾溶劑、洗滌固體產(chǎn)物，制備得到聚丙烯腈水解產(chǎn)物聚丙烯腈羧酸鈉。

(2)將聚丙烯腈羧酸鈉置于蒸餾水中，加入鹽酸調(diào)節(jié)溶液pH至6-7，加入2-3份氨基硫脲、10-17份縮合劑2-(7-氧化苯并三氮唑)-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸鹽，將溶液加熱至110-120℃，反應(yīng)6-8h，將溶液過濾溶劑、洗滌固體產(chǎn)物、干燥，制備得到硫脲甲酰胺接枝聚丙烯腈。

(3)向N,N-二甲基甲酰胺溶劑中，加入50-65份Fe基金屬有機骨架和硫脲甲酰胺接枝聚丙烯腈，將溶液在50-60℃下超聲分散處理3-5h，并勻速攪拌1-2h，將溶液注入針孔注射器，針頭直徑為0.4-0.6mm，靜電紡絲機正壓為18-20kV，負壓為2.4-2.8kV，靜電紡絲溶液流速為0.8-1.2mL/h，靜電紡絲的接收器與注射器針頭之間的水平接收距離為18-22cm，通過靜電紡絲機進行靜電紡絲過程，制備得到Fe-MOFs-聚丙烯腈納米纖維復(fù)合物。

(4)將Fe-MOFs-聚丙烯腈納米纖維復(fù)合物置于氣氛電阻爐中，升溫速率為3-5℃/min，現(xiàn)在空氣氛圍下進行預(yù)氧化過程2-4h，再通入N₂，升溫至760-780℃，保溫煅燒3-5h，煅燒產(chǎn)物即為S摻雜Fe-N-C納米多孔碳纖維氧還原催化劑。