[发明专利]N掺杂的介孔/大孔多级孔碳氧还原催化剂材料及其制备方法

权利要求书

1.一种N掺杂的介孔/大孔多级孔碳氧还原催化剂材料，其特征在于，所述多级孔碳氧还原催化剂材料为N掺杂的多级孔碳材料，含有三维连通的大孔、结构部分有序的介孔，N的含量≦5at%；所述多级孔碳氧还原催化剂材料的比表面积为1570-2480 m²g^-1；所述多级孔碳氧还原催化剂材料，能够催化氧还原反应12.5小时后，其极限电流密度为初始极限电流密度的93%以上。

2.根据权利要求1所述的多级孔碳氧还原催化剂材料，其特征在于，所述多级孔碳氧还原催化剂材料，催化氧还原反应得到的极限电流密度能够达到4.14 mA cm^-2。

3.根据权利要求1或2所述的多级孔碳氧还原催化剂材料，其特征在于，所述多级孔碳氧还原催化剂材料，催化氧还原反应过程中没有发生甲醇的氧化反应。

4.一种权利要求1-3中任一所述多级孔碳氧还原催化剂材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括： 

1）将多级孔碳材料研碎后，分散于含有氮源的醇、水混合溶液中得到悬浊液，其中氮源包括易溶于水的含氮物质，优选尿素；

2）将步骤1）制备的悬浊液，通过搅拌使得溶剂挥发并干燥，得到所述N掺杂的多级孔碳氧还原催化剂材料的前驱体；

3）将步骤2）制备的所述多级孔碳氧还原催化剂材料前驱体，在氮气氛围下，以0.5-5℃/分钟升温至500-1100℃，保温时间＜10小时。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤1）中，多级孔碳材料的制备方式为：

（a）溶胶凝胶水热法合成介孔/大孔多级孔二氧化硅块体材料

首先在30-40℃下将表面活性剂P123溶于盐酸浓度为1-2 M的水溶液中搅拌使其溶解，再加入正硅酸乙酯，使溶液中SiO₂：P123：H₂O=1.00：0.016：180，搅拌1-10分钟得到溶胶；然后将溶胶装入水热釜中，在100-200℃烘箱中水热处理不少于1小时得到固体产物；再将固体产物通过蒸馏水洗涤后依次在60-120℃干燥过夜、在500-600℃下煅烧5-10小时，得到多级孔二氧化硅块体材料；

（b）利用（a）中得到的多级孔二氧化硅块体材料为硬模板，通过纳米浇筑法负型制备介孔/大孔多级孔碳块体材料

首先将多级孔二氧化硅块体浸渍在糠醇体积分数为1-40%的糠醇/乙醇的混合液中或浸渍在糠醇/1,3,5-三甲基苯溶液中过夜；其次将浸渍过的多级孔二氧化硅块体在50-70℃、70-90℃下分别预聚合20-30小时，再在氮气氛围、100-200℃下，老化1-5小时；然后将老化的多级孔二氧化硅块体以0.1-5℃/分钟升温至750-950℃保温1-6小时，再用HF浸泡过夜、蒸馏水洗、乙醇浸泡、在60-80℃干燥，得到所述多级孔碳材料。

6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，步骤1）中，氮源的质量与多级孔碳材料质量的比值≦10。

7.根据权利要求4-6中任一所述的制备方法，其特征在于，步骤1）中，醇为乙醇和/或甲醇。

8.根据权利要求4-7中任一所述的制备方法，其特征在于，步骤2）中，在室温-70℃下，通过搅拌使得溶剂挥发，再在30-70℃下干燥。

9.根据权利要求4-8中任一所述的制备方法，其特征在于，步骤3）中，升温速率为1℃/分钟，保温时间为0.5小时。