[發(fā)明專利]一種氮化鐵和氮共摻雜的碳材料制備方法及用途

有效

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• 申請日: 2020-11-04
• 公開（公告）號: CN112320785B
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 殷嬌;薛楠;朱慧
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院新疆理化技術(shù)研究所
• 主分類號: C01B32/05
• 分類號: C01B32/05;H01M4/90;H01M4/88
• 代理公司: 烏魯木齊中科新興專利事務所(普通合伙) 65106
• 代理人: 張莉

本發(fā)明涉及一種氮化鐵和氮共摻雜的碳材料制備方法及用途，該方法涉及的裝置是由原料罐、粉末輸送管、物料混合罐、攪拌器、溶液配制罐、溶液輸送管、懸濁液輸送管、干燥機、粉末收集罐、連續(xù)式炭化爐、粉末洗滌罐、溶液噴灑管、溶液噴嘴、二次水儲存罐、液體輸送管、乙醇儲存罐、出料口與儲料罐組成，以生物質(zhì)作為碳源，再摻入鐵離子，并在氨氣中進行熱解，得到氮化鐵和氮共摻雜的碳材料。該材料比表面積大，氮化鐵分散均勻，氮化鐵納米粒子與氮摻雜碳結(jié)構(gòu)中的Fe?N?C位點協(xié)同作用，使得電催化性能優(yōu)異，具有長期穩(wěn)定性以及抗甲醇干擾能力，同時以生物質(zhì)作為原材料，其來源廣泛，價格低廉，可以有效降低制備成本，制備過程簡單，可大規(guī)模制備。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種氮化鐵和氮共摻雜的碳材料制備方法及用途。

背景技術(shù)

當今社會的發(fā)展離不開能源的推動，然而煤、石油、天然氣等不可再生能源的儲量逐漸減少，同時化石燃料的使用對環(huán)境造成的污染日益顯著，這促使人們開發(fā)綠色高效的新能源以替代傳統(tǒng)不可再生能源。因此，探索綠色高效的新能源應該引起社會的重視。

在眾多綠色能源中，燃料電池因其高能量密度、綠色無污染等特點在新能源電動汽車和移動設(shè)備中有廣闊的應用前景。但是由于燃料電池陰極氧還原反應(ORR)的動力學過程緩慢，需要在陰極加載大量的鉑基催化劑來加速陰極反應。而鉑在自然界中儲量稀少、價格昂貴阻礙了燃料電池的大規(guī)模商業(yè)化應用。

因此，為了解決目前存在的問題，本發(fā)明擬使用生物質(zhì)作為前體，再摻入鐵離子并在氨氣氛中進行熱解，得到氮化鐵和氮共摻雜的碳材料。此材料比表面積大，過渡金屬分散均勻，氮化鐵納米粒子與N摻雜碳結(jié)構(gòu)中的Fe-N-C位點協(xié)同作用，使得電催化性能優(yōu)異，具有長期穩(wěn)定性以及抗甲醇干擾能力，同時以生物質(zhì)作為原材料，其來源廣泛，價格低廉，可以有效降低制備成本，制備過程簡單，可大規(guī)模制備。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于，提供一種氮化鐵和氮共摻雜的碳材料制備方法及用途，該方法涉及的裝置是由原料罐、第一粉末輸送管、物料混合罐、第一攪拌器、第一溶液配制罐、第一溶液輸送管、第一懸濁液輸送管、第一干燥機、第一粉末收集罐、第二粉末輸送管、連續(xù)式炭化爐、第三粉末輸送管、粉末洗滌罐、溶液噴灑管、溶液噴嘴、第二攪拌器、二次水儲存罐、第一液體輸送管、乙醇儲存罐、第二液體輸送管、出料口、第二干燥機與儲料罐組成，以生物質(zhì)作為碳源，再摻入鐵離子，并在氨氣(NH₃)氛中進行熱解，得到氮化鐵(Fe₃N)和氮共摻雜的碳材料。該材料比表面積大，氮化鐵分散均勻，氮化鐵納米粒子與氮摻雜碳結(jié)構(gòu)中的Fe-N-C位點協(xié)同作用，使得電催化性能優(yōu)異，具有長期穩(wěn)定性以及抗甲醇干擾能力，同時以生物質(zhì)作為原材料，其來源廣泛，價格低廉，可以有效降低制備成本，制備過程簡單，可大規(guī)模制備。