[發(fā)明專利]一種氮、硫共摻雜碳基氧還原催化劑及其制備方法和應用

有效

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• 申請日: 2020-10-14
• 公開（公告）號: CN112186208B
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發(fā)明（設計）人: 李振環(huán);王明穩(wěn);楊國鋒
• 申請（專利權）人: 天津工業(yè)大學
• 主分類號: H01M4/96
• 分類號: H01M4/96;H01M12/08
• 代理公司: 天津翰林知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 王瑞

1.一種氮、硫共摻雜碳基氧還原催化劑的制備方法，其特征在于該方法包括以下步驟：

（1）將聚苯硫醚、二苯甲酮和鄰苯二甲酸對二辛酯共混并加熱至熔融態(tài)，得到鑄膜液；然后將鑄膜液成膜凝固，再萃取出二苯甲酮，制成微孔聚苯硫醚膜；

使用氧化劑、去離子水和酸混合得到共混液；所述酸為鹽酸、磷酸、冰乙酸或硼酸；

（2）將聚苯硫醚膜放入共混液中反應至共混液呈乳液狀，然后過濾得到白色粉末狀物質(zhì)，沖洗，烘干；

（3）將步驟2）的產(chǎn)物在氨氣氣氛下碳化，得到氮、硫共摻雜碳基氧還原催化劑。

2.根據(jù)權利要求1所述的氮、硫共摻雜碳基氧還原催化劑的制備方法，其特征在于鑄膜液制成聚苯硫醚膜的工藝是：將鑄膜液轉移到245℃~280℃的金屬平板上，使用金屬成膜棒對其成膜化處理，再轉移至蒸餾水中凝固，最后浸泡于乙醇中萃取出二苯甲酮，取出，烘干，得到微孔聚苯硫醚膜。

3.根據(jù)權利要求1所述的氮、硫共摻雜碳基氧還原催化劑的制備方法，其特征在于步驟1）中，聚苯硫醚、二苯甲酮和鄰苯二甲酸對二辛酯的質(zhì)量比為4~8:8~16:1~4。

4.根據(jù)權利要求1所述的氮、硫共摻雜碳基氧還原催化劑的制備方法，其特征在于步驟1）中，氧化劑、去離子水和酸的質(zhì)量比為3~6:3~6:0.1~1；所述氧化劑為雙氧水、硝酸、高錳酸鉀、濃硫酸、次氯酸、高氯酸或次氯酸鈉。

5.根據(jù)權利要求1所述的氮、硫共摻雜碳基氧還原催化劑的制備方法，其特征在于步驟2）是：將聚苯硫醚膜放入共混液中于50℃~100℃下攪拌12~72h至共混液呈乳液狀，然后過濾得到白色粉末狀物質(zhì)，沖洗，烘干。

6.根據(jù)權利要求1或5所述的氮、硫共摻雜碳基氧還原催化劑的制備方法，其特征在于步驟2）中，沖洗工藝是使用去離子水沖洗至中性；烘干環(huán)境為60~80℃的真空烘箱。

7.根據(jù)權利要求1所述的氮、硫共摻雜碳基氧還原催化劑的制備方法，其特征在于步驟3）是：將步驟2）的產(chǎn)物放入管式爐中，在氨氣氣氛下800~1100℃碳化1~4h，得到氮、硫共摻雜碳基氧還原催化劑。

8.一種權利要求1-7任一所述氮、硫共摻雜碳基氧還原催化劑的制備方法得到的氮、硫共摻雜碳基氧還原催化劑。

9.一種權利要求8所述的氮、硫共摻雜碳基氧還原催化劑的應用，其特征在于將所述催化劑作為鋅空氣電池和燃料電池的正極材料。

10.根據(jù)權利要求9所述的氮、硫共摻雜碳基氧還原催化劑的應用，其特征在于所述催化劑作為正極材料以1mg/cm²的負載量負載在碳紙上，將鋅片作為負極，將6M的KOH溶液作為堿性電解液組裝成鋅空氣電池。