[發明專利]一種碳基雙金屬Fe-Mn單原子電催化劑及其制備與應用

在審

• 申請號: 202011139670.3
• 申請日: 2020-10-22
• 公開（公告）號: CN112310418A
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發明（設計）人: 石川;蔡慧珠;陳冰冰;尹浦年
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: H01M4/90
• 分類號: H01M4/90;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 張玉瑩;李馨

1.一種碳基雙金屬單原子電催化劑，其特征在于：所述電催化劑以Fe、Mn雙金屬為活性組分；所述Fe、Mn雙金屬分別以單原子形式分散于碳基體表面。

2.根據權利要求1所述的電催化劑，其特征在于：所述Fe、Mn的摩爾比為1:4～4:1，以碳基體重量為100％計算，雙金屬的總負載量為1-20wt.％。

3.根據權利要求1所述的電催化劑，其特征在于：所述碳基體為氮摻雜碳材料；所述催化劑微觀結構為氧橋聯FeN₄-O-MnN₄結構。

4.一種權利要求1～3任一所述的電催化劑的制備方法，其特征在于：所述方法包括以下步驟：

1)稱取炭黑，加入濃硝酸溶液中，室溫攪拌，靜置過夜，過濾、洗滌、干燥，得到表面功能化的炭黑；

2)以表面功能化的炭黑為載體，將其分散于溶劑中，加入Fe、Mn雙金屬前驅體鹽和有機配體，然后加入納米級的氧化鎂顆粒，得到懸浮液，將所述懸浮液攪拌蒸干，得到Fe,Mn(phen)₃-C/MgO前驅體；

3)將步驟2)所得前驅體經過程序升溫過程，使Fe、Mn金屬和配體熱解還原，得到Fe,Mn-N-C/MgO；

4)步驟3)得到的Fe,Mn-N-C/MgO經過酸處理及第二次程序升溫過程，得到所述催化劑Fe-Mn-N/C。

5.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述步驟1)中，所用炭黑為blackpearls 2000、多壁碳納米管、氧化石墨烯中的一種；炭黑投入量為1-3g，濃硝酸用量為100-200mL，濃硝酸的質量分數為65-68％；室溫攪拌時間為8-24h。

6.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述步驟2)中，炭黑的用量為0.05-0.2g；溶劑為乙醇；溶劑使用量為50-100mL；有機配體為1,10-鄰菲羅啉；所述Fe、Mn金屬鹽前驅體的總量與1,10-鄰菲羅啉的摩爾比例為1:1-1:5；MgO納米顆粒的粒徑為50-150nm，用量為0.1-1g；所述懸浮液攪拌溫度為60-80℃，攪拌時間為8-12小時，蒸干溫度為60-80℃。

7.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述步驟3)和步驟4)中，程序升溫過程中所用氣氛為氨氣，氣體流量為100-160ml/min，程序升溫過程為：從室溫升溫至600-800℃，保溫2小時，最后降至室溫，并經0.5％O₂/Ar進行鈍化處理。

8.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述步驟4)中，酸處理過程為：將所述Fe,Mn-N-C/MgO加入0.5-1.0M H₂SO₄或1.0-2.0M HCl中，60-80℃水浴條件下攪拌8-12小時。

9.一種權利要求1～3任一所述的電催化劑在酸性電解質電催化氧還原中的應用。