[發明專利]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

申請號：	202011099758.7	申請日：	2020-10-14
公開（公告）號：	CN112186208B	公開（公告）日：	2022-05-27
發明（設計）人：	李振環;王明穩;楊國鋒	申請（專利權）人：	天津工業大學
主分類號：	H01M4/96	分類號：	H01M4/96;H01M12/08
代理公司：	天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210	代理人：	王瑞
地址：	300387 ***	國省代碼：	天津;12
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種摻雜碳基氧還原催化劑及其制備方法應用
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【說明書】：

本發明公開了一種氮、硫共摻雜碳基氧還原催化劑及其制備方法和應用。該方法是將聚苯硫醚、二苯甲酮和鄰苯二甲酸對二辛酯共混并加熱至熔融態，得到鑄膜液；然后將鑄膜液制成聚苯硫醚膜；使用氧化劑、去離子水和酸混合得到共混液；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，沖洗，烘干；再在氨氣氣氛下碳化，得到氮、硫共摻雜碳基氧還原催化劑。該催化劑能夠作為鋅空氣電池和燃料電池的正極材料。本方法采用具有較高含硫量的聚苯硫醚作為前驅體，經過一次熱解制備得到了氮、硫共摻雜碳基氧還原催化劑，該催化劑具有大量的活性位點。

技術領域

本發明涉及氧還原催化劑的制備方法，具體是一種氮、硫共摻雜碳基氧還原催化劑及其制備方法和應用。

背景技術

地球環境的不斷惡化刺激了新型儲能和轉換裝置(如燃料電池、電池和超級電容器)的發展，其中燃料電池具有高能量密度、價格低廉、安全性好等優點被認為是獨具前途的一種能源設備，但是燃料電池緩慢的陰極氧還原反應是限制其商業化發展的主要挑戰之一。

目前，商業上主要以貴金屬(Pt)基催化劑作為氧還原催化劑。然而，儲量有限、成本高、穩定性差等因素嚴重阻礙了貴金屬(Pt)在燃料電池中的大規模應用。多孔碳材料由于其優異的導電性、穩定性、形貌和功能性等特性而受到科研人員的廣泛關注。因此研發低成本、性能優異、高效的碳基氧還原催化劑來取代昂貴的Pt基催化劑是目前實現燃料電池商業化的重點。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明擬解決的技術問題是，提供一種氮、硫共摻雜碳基氧還原催化劑及其制備方法和應用。

本發明解決所述技術問題的技術方案是，提供一種氮、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，得到鑄膜液；然后將鑄膜液制成聚苯硫醚膜；

使用氧化劑、去離子水和酸混合得到共混液；

(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，沖洗，烘干；

(3)將步驟2)的產物在氨氣氣氛下碳化，得到氮、硫共摻雜碳基氧還原催化劑。

與現有技術相比，本發明有益效果在于：

(1)本方法采用具有較高含硫量的聚苯硫醚作為前驅體，經過一次熱解制備得到了氮、硫共摻雜碳基氧還原催化劑，該催化劑具有大量的活性位點。此外，該催化劑保保留了部分聚苯硫醚膜獨特的孔道結構，并且在熱處理過程中硫的分解會制造大量的孔缺陷，有助于電子的傳輸。

(2)本方法的制備工藝簡單且沒有復雜的后處理過程。通過氧化改性處理改善了聚苯硫醚的結構組成，解決了聚苯硫醚在高溫環境下的熔融團聚問題。

(3)本方法所制備的催化劑具有獨特的形貌和極大的比表面積。

(4)本方法所制備的催化劑在酸堿條件下均展現了突出的氧還原反應活性，循環穩定性好，是一種理想的燃料電池氧還原電催化劑。