[發明專利]一種通過限域空間制備金屬單原子電催化氧氣還原催化劑的方法

在審

• 申請號: 202011580431.1
• 申請日: 2020-12-28
• 公開（公告）號: CN112736259A
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發明（設計）人: 鄭浩銓;王彥智;張超超;曹睿
• 申請（專利權）人: 陜西師范大學
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M4/90
• 代理公司: 西安永生專利代理有限責任公司 61201
• 代理人: 高雪霞

1.一種通過限域空間制備金屬單原子電催化氧氣還原催化劑的方法，其特征在于所述方法由下述步驟組成：

(1)ZIF-L(Zn)負載金屬源

將2-甲基咪唑溶解于去離子水中，形成溶液A；將六水硝酸鋅和金屬源溶解于去離子水中，形成溶液B；將溶液A加入溶液B中，室溫攪拌2～10小時后，離心洗滌，將沉淀物干燥，得到金屬源@ZIF-L(Zn)；其中所述金屬源為三乙酰丙酮鐵、硝酸鐵、氯化鐵、乙酸鐵、乙酰丙酮鈷、硝酸鈷、乙酸鈷、氯化鈷、硝酸鎳、硝酸銅、氯鉑酸、氯化釕、硝酸銀中任意一種；

(2)包覆SiO₂

將步驟(1)中的金屬源@ZIF-L(Zn)分散于去離子水，然后分別加入十六烷基三甲基溴化銨、NaOH和硅酸四乙酯甲醇溶液，室溫攪拌0.5～4小時后，將混合溶液進行離心洗滌，干燥，得到金屬源@ZIF-L(Zn)@SiO₂；

(3)制備M-N-C@SiO₂

將步驟(2)的金屬源@ZIF-L(Zn)@SiO₂置于管式爐中，在氮氣流中加熱到800～1100℃，并保持2～8小時，獲得M-N-C@SiO₂，其中M代表Fe、Co、Ni、Cu、Pt、Ru、Ag中任意一種；

(4)除SiO₂

將步驟(3)的M-N-C@SiO₂加入到2～4mol/L NaOH水溶液中，在50～100℃下回流2～8小時，用去離子水離心洗滌至上清液pH＝6～8后，將0.5～2mol/L H₂SO₄水溶液倒入沉淀物中，在50～100℃下回流12～24小時，用去離子水離心洗滌至上清液pH＝6～8，干燥后置于管式爐中，在氮氣流中加熱到800～1100℃，并保持1～4小時，獲得單原子M-N-C催化劑。

2.根據權利要求1所述的通過限域空間制備金屬單原子電催化氧氣還原催化劑的方法，其特征在于：步驟(1)中，所述2-甲基咪唑與硝酸鋅、金屬源的摩爾比為8:1:0.005～0.02。

3.根據權利要求1所述的通過限域空間制備金屬單原子電催化氧氣還原催化劑的方法，其特征在于：步驟(2)中，所述金屬源@ZIF-L(Zn)、十六烷基三甲基溴化銨、NaOH和硅酸四乙酯的質量比為1:0.2～0.3:0.09～0.12:1.8～2.0。

4.根據權利要求1所述的通過限域空間制備金屬單原子電催化氧氣還原催化劑的方法，其特征在于：步驟(3)中，將步驟(2)的金屬源@ZIF-L(Zn)@SiO₂置于管式爐中，在氮氣流中加熱到900～1000℃，并保持2～4小時。

5.根據權利要求1或4所述的通過限域空間制備金屬單原子電催化氧氣還原催化劑的方法，其特征在于：步驟(3)中，所述加熱的升溫速率為2～5℃/min。

6.根據權利要求1所述的通過限域空間制備金屬單原子電催化氧氣還原催化劑的方法，其特征在于：步驟(4)中，將步驟(3)的M-N-C@SiO₂加入到3mol/L NaOH水溶液中，在70～80℃下回流3～5小時。

7.根據權利要求1所述的通過限域空間制備金屬單原子電催化氧氣還原催化劑的方法，其特征在于：步驟(4)中，將1mol/L H₂SO₄水溶液倒入沉淀物中，在70～80℃下回流18～20小時。

8.根據權利要求1所述的通過限域空間制備金屬單原子電催化氧氣還原催化劑的方法，其特征在于：步驟(4)中，在氮氣流中加熱到900～1000℃，并保持2～3小時。

9.根據權利要求1或8所述的通過限域空間制備金屬單原子電催化氧氣還原催化劑的方法，其特征在于：步驟(4)中，所述加熱的升溫速率為2～5℃/min。