[發(fā)明專利]一種磷、氮共摻雜的鐵單原子碳材料及其制備方法和用途

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110184412.5
• 申請(qǐng)日: 2021-02-08
• 公開（公告）號(hào): CN112938966B
• 公開（公告）日: 2023-02-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉文;李雅杰;孫曉明;曹子博
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京化工大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/88
• 分類號(hào): H01M4/88;C01B32/312;H01M4/92
• 代理公司: 北京市領(lǐng)專知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11590
• 代理人: 李靜;任永利

1.一種磷、氮共摻雜的鐵單原子碳材料，其特征在于，所述鐵單原子碳材料中同時(shí)含有磷、氮、鐵、碳四種元素，且鐵均呈原子級(jí)分散，其中在碳氮基底上Fe原子平均與4個(gè)N原子配位，且每個(gè)Fe-N4周圍平均有一個(gè)P原子與N原子相連；

所述鐵單原子碳材料為無定形態(tài)，其中，各元素的質(zhì)量含量為：N含量為10.67at％，F(xiàn)e含量為0.86at％，P含量為0.98at％，余量為碳，以所述鐵單原子碳材料的總原子數(shù)量為基準(zhǔn)。

2.一種權(quán)利要求1所述的磷、氮共摻雜的鐵單原子碳材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包含以下步驟：

(1)、向甲酰胺中加入水溶性鋅鹽、水溶性鐵鹽，并加入磷粉，攪拌至均勻分散，超聲后得到水熱反應(yīng)母液；

(2)、將步驟(1)所述水熱反應(yīng)母液放入密閉反應(yīng)釜中進(jìn)行水熱反應(yīng)，制得黑色固體；

(3)、將步驟(2)得到的黑色固體在惰性氣體保護(hù)下高溫碳化，制得磷、氮共摻雜的鐵單原子碳材料；

步驟(1)中，甲 酰胺選自甲酰胺、氮氮二甲基甲酰胺中的至少一種，鋅鹽選自無水氯化鋅和硝酸鋅中的至少一種，鐵鹽選自無水三氯化鐵、三氯化鐵和硝酸鐵中的至少一種，磷粉選自紅磷和黃磷中的至少一種；

步驟(1)中，加入的鋅鹽、鐵鹽和磷粉的濃度分別為0.01～0.1mol/L甲酰胺、0.001～0.01mol/L甲酰胺和0.001～0.01mol/L甲酰胺；

步驟(2)中，水熱反應(yīng)在以下條件下進(jìn)行：溫度180℃，壓力為自生壓力，反應(yīng)時(shí)間為12小時(shí)；

步驟(3)中，高溫碳化過程如下：惰性氣體為氬氣，氬氣流速80mL/min，升溫速率5℃/min，溫度升至900℃，反應(yīng)時(shí)間為2小時(shí)，自然冷卻。

3.權(quán)利要求1所述的磷、氮共摻雜的鐵單原子碳材料作為高溫燃料電池催化劑的用途，其特征在于，所述高溫燃料電池的電解液是磷酸鹽或者高氯酸鹽，該鐵單原子碳材料可以提高氧還原反應(yīng)的催化活性和穩(wěn)定性。

4.一種高溫燃料電池，其特征在于，所述電池的負(fù)極材料包含權(quán)利要求1所述的磷、氮共摻雜的鐵單原子碳材料。