[发明专利]高性能无铂族金属氧还原反应催化剂

权利要求书

1.通过热处理下述组成的共混物而得的催化剂：

a)结构式(I)的酞菁铁(PC)

其中

M是Fe²⁺，Fe³⁺

R是氢或吸电子取代基

其中当M＝Fe³⁺时存在补偿离子X^-

b)结构式(II)的过渡金属酞菁(金属-PC)

其中

M’是Cu²⁺或Co²⁺

R’，不同于R，是氢或吸电子取代基

c)一种含氮和硫的化合物

d)一种导电多孔碳材料。

2.如权利要求1所述的催化剂，其中：

所述组分a)和b)是指

-R和R’是彼此独立的氢或选自卤素、-NO₂、-SO₃H、烷基磺酰基、芳基磺酰基、-COOH、烷基羧基、氰化物、烷基羰基和芳基羰基的吸电子取代基选自；

-所述补偿离子X^-(如果存在)是氯化物或溴化物；

所述含氮和硫的有机化合物c)选自硫脲、硫氰酸铵、硫代乙酰铵、异硫氰酸酯及其盐或衍生物。

3.如权利要求2所述的催化剂，其中所述导电多孔碳材料d)选自科琴黑、Vulcan XC-72R、乙炔黑、氧化剂处理的墨水用碳、热解碳、天然石墨和人造石墨。

4.如权利要求3所述的催化剂，其中：

-所述有机化合物c)是硫脲

-所述导电多孔碳材料d)是科琴黑。

5.如权利要求1-4中任一所述的催化剂，其中选定的过渡金属酞菁和酞菁铁的摩尔比是1.1-1.4。

6.如权利要求5所述的催化剂，其中所述碳载体的量以酞菁铁计为2.0-3.0g/mmol，所述有机化合物相对于酞菁铁和过渡金属酞菁总量的摩尔比为0.4-0.6。

7.一种制备基于权利要求1-6中任一所述催化剂材料的工艺，包括如下步骤：

-组分a、b、c和d被分散在有机溶剂中，所得浆液被声波处理

-蒸发移除所述溶剂

-热处理所得共混物

-采集最终产物。

8.如权利要求9所述工艺，其中

-所述热处理是两步热裂解：

1.加热到400-450℃至少0.5-1小时

2.加热到750-800℃至少1.5-2小时。

9.如权利要求9所述工艺，其中

-所述浆液在20-25℃搅拌12-36小时后声波处理至少30分钟

-所述有机溶剂选自甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、四氢呋喃、二甲基甲酰胺和二甲基乙酰胺。

10.如权利要求1-6中任一所述的催化剂材料由下述组分混合物组成，以FePC计，科琴黑2.5g/mmol，并且硫脲/过渡金属酞菁/酞菁铁摩尔比为1.1/1.2/1.0，其通过权利要求7-9所述的两步法热裂解制备。

11.如权利要求1-6或10中任一所述催化剂用途为电化学装置阴极氧还原反应的催化剂。

12.如权利要求11所述的催化剂用途，其中所述氧还原反应发生在碱性介质中。

13.如权利要求12所述的催化剂用途，其中所述电化学装置是阴离子交换膜燃料电池或者碱性金属-空气电池。

14.如权利要求11所述的催化剂用途，其中所述氧还原反应发生在酸性介质中。

15.如权利要求12所述的催化剂用途，其中所述电化学装置是质子交换膜燃料电池。