[發(fā)明專利]一種鐵硫磷共摻雜納米多孔石墨催化劑的制備方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202111191737.2
• 申請日: 2021-10-13
• 公開（公告）號(hào): CN113937313A
• 公開（公告）日: 2022-01-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 盛趙旻;洪珣;徐清眉;韓生;何曉敏;韓志偉;吳思遠(yuǎn)
• 申請（專利權(quán)）人: 上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/96
• 分類號(hào): H01M4/96;H01M4/90;B82Y40/00
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩

本發(fā)明公開了一種鐵硫磷共摻雜納米多孔石墨催化劑的制備方法。本發(fā)明采用氮?dú)庾鳛檩d氣，通過化學(xué)氣相沉積法制備得到納米顆粒前驅(qū)體，再酸處理將前驅(qū)體中的鐵顆粒變?yōu)殍F離子吸附于硫磷官能團(tuán)上獲得鐵硫磷共摻雜納米多孔碳顆粒。本發(fā)明利用過渡金屬納米顆粒的催化效應(yīng)，在浮動(dòng)催化反應(yīng)爐中進(jìn)行浮動(dòng)催化裂解反應(yīng)，形成直徑為15～110nm，壁厚為0.79～5nm，石墨層數(shù)為3～20層的納米顆粒，形成的納米粒子周圍被石墨碳層包裹。本發(fā)明制備得到的納米顆粒具有尺寸、形貌可調(diào)的特點(diǎn)，并且具有較高的電化學(xué)活性和氧還原催化活性，可用于氫燃料電池電催化劑。本發(fā)明的制備方法成本低廉、制備工序較少、操作簡單，適合工業(yè)化生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種氫燃料電池陰極氧還原催化劑的合成方法，具體涉及一種鐵硫磷共摻雜納米多孔石墨催化劑的制備方法，屬于電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著技術(shù)的發(fā)展，非貴金屬碳材料在催化活性，穩(wěn)定性上正快速接近鉑催化劑，同時(shí)還具有優(yōu)良的導(dǎo)電性和成本較低等優(yōu)點(diǎn)，日益受到研究者的青睞。多介孔結(jié)構(gòu)和高比表面積是催化劑材料提高催化活性的合理結(jié)構(gòu)，其中多介孔結(jié)構(gòu)可以提供更多的氣體傳輸通道，而高比表面積可以提供更多的活性中心附著點(diǎn)(New J.Chem 41(2017)15236-15243)。含有摻雜元素(如硼、氮、磷、硫等) 的碳納米材料，由于引入N、B、P和S等雜原子，可以改善碳材料的固有結(jié)構(gòu)，其可形成類似于p型或n型結(jié)構(gòu)，打破它們的電中性，材料的孔隙率和比表面積會(huì)獲得一定程度上的提高，會(huì)生成了更多的氧還原催化活性位點(diǎn)，增強(qiáng)了氧的吸附能力，從而，增強(qiáng)催化劑的催化活性，同時(shí)，提高材料的導(dǎo)電性，可以將其應(yīng)用于相關(guān)電子器件材料或電池材料領(lǐng)域，因此它具有重要的應(yīng)用價(jià)值。鐵硫磷共摻雜碳納米材料如今是較為新型的一種碳納米材料，受到研究者們廣泛研究，開發(fā)一種簡單、高效、環(huán)保的鐵硫磷共摻雜納米材料具有重要研究意義。

通過對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)進(jìn)行查閱，Juan Ding等人在《Journal of Alloys andCompounds》(2021,851,156791)上發(fā)表的“Sulfur and phosphorus co-doped hardcarbon derived from oak seeds enabled reversible sodium spheres filling andplating for ultra-stable sodium storage”一文中提及到一種制備硫磷共摻雜碳材料的方法，橡樹籽作為碳源，乙醇清洗處理橡樹籽，再在100℃的條件下干燥，然后在氮?dú)鈿夥罩械奶蓟幚恚嚇幽コ煞勰琀F酸化處理，合成S/P共摻雜硬碳。由于橡樹籽本身所含雜質(zhì)，且制備過程需要研磨試樣，熱處理時(shí)間較長，容易造成產(chǎn)品的損耗，這制約了磷氮共摻雜碳納米材料的連續(xù)化和大規(guī)模生產(chǎn)，也不利于將該種方法實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：如何獲得一種具有優(yōu)良的電化學(xué)活性，優(yōu)秀的穩(wěn)定性，且成本低廉的納米多孔碳顆粒催化劑。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了鐵硫磷共摻雜納米多孔石墨催化劑的制備方法，包括如下步驟：

步驟1：通過化學(xué)氣相沉積法制備得到前驅(qū)體納米顆粒：首先將碳源、硫源、磷源和鐵源依次放入燒瓶中混合得到原料混合物，以氮?dú)庾鳛檩d氣將所述的原料混合物通過電子蠕動(dòng)泵輸入到立式管式爐內(nèi)部的噴射器，然后噴入立式管式爐的加熱區(qū)進(jìn)行化學(xué)氣相沉積，得到前驅(qū)體納米顆粒，所述的前驅(qū)體納米顆粒隨著氮?dú)怆x開管式爐的加熱區(qū)，進(jìn)入與立式管式爐連接的接收裝置，進(jìn)行收集；

步驟2：將步驟1收集所得的前驅(qū)體納米顆粒，進(jìn)行酸洗處理，將前驅(qū)體納米顆粒中的鐵顆粒變?yōu)殍F離子，隨后過濾并洗滌，所得產(chǎn)物冷凍干燥，即得到鐵硫磷共摻雜納米多孔石墨催化劑。

優(yōu)選地，所述步驟1中的碳源為丙酮或乙醇，所述的硫源為二硫化碳或噻吩，所述的磷源為亞磷酸或三溴氧磷，鐵源為乙酰丙酮鐵。

優(yōu)選地，所述的碳源、硫源、磷源和鐵源的質(zhì)量比依次為10:2:1:1～2:2:1:2。