[发明专利]一种双卟啉共组装制备新型非贵金属电催化剂的方法

说明书

本发明属于纳米材料制备领域，提供了一种双卟啉共组装制备新型非贵金属电催化剂的方法。本方法用于可控制备非贵金属电催化剂的形貌，进而调变其电化学活性及稳定性。直接将溶有正离子的卟啉溶液与溶有负离子的卟啉溶液进行等浓度等体积混合，或先将溶有一种电荷的卟啉溶液和具有同种电荷的表面活性剂溶液进行混合，再等电荷加入溶有相反电荷的卟啉溶液。获得具有一定形貌的材料。再经高温热焙烧，酸洗后，材料的形貌得到基本保持。本发明涉及的合成方法具有普适性、简单、快速且可以有效调控非贵金属电催化剂的形貌，进而调变非贵金属电催化剂的电化学活性及稳定性，可被应用到燃料电池中。

技术领域

本发明属于纳米材料制备领域，本发明涉及一种双卟啉共组装制备新型非贵金属电催化剂的方法。

背景技术

卟啉及金属卟啉类大环化合物可通过氢键、范德华力、静电引力、配位键或Π-Π堆积作用等弱的相互作用自组装获得各种形貌各异的有序纳米结构，这些卟啉纳米结构具有优异的光电性质，在人工模拟光合作用、染料敏化太阳能电池、催化剂、传感器等方面具有极大的应用潜力。然而对单个卟啉分子之间的自组装得到的结构较单一，所表现出来的性能往往不能完全令人满意，为此，人们把研究重点转移到多卟啉共组装方面，通过对双卟啉分子的择优组合，取长补短，得到的各种纳米结构具有优良的性能。Shelnutt教授的团队利用阴阳离子之间的静电作用共组装制备了系列纳米结构，如：纳米管、微纳米片及四叶草状结构等。2004年，他们利用非金属卟啉和锡卟啉共组装得到纳米管状结构(J.Am.Chem.Soc.2004,126,15954-15955)，该方法中不含金属的卟啉质子化需要在酸溶液中进行，且锡卟啉具有光催化作用，实验过程中需要避光放置。2010年，Shelnutt教授等研究人员研究制备出具有四叶草形貌的纳米结构(J.Am.Chem.Soc.2010,132,8194–8201)，该方法中合成负离子锌卟啉的过程中利用了甲醇和氯仿溶液，反应溶剂对环境不友好。2012年，该组研究人员进一步利用负离子的锌卟啉和正离子的锡卟啉混合制备出微纳米级的片状结构(Nanoscale,2012,4,1695–1700)，该报道中得到的片状结构尺寸较大，应用范围有一定局限性。

针对上述问题，本专利提供一种双卟啉共组装制备不同形貌的纳米结构，将离子自组装技术与传统的热处理方法相结合，制备具有一定结构的新型非贵金 属电催化剂，该方法利用相反电荷的金属卟啉为组装单元，利用离子自组装技术制备不同形貌的结构，再经传统的热处理方法，获得具有特定形貌的新型非贵金属电催化剂。该方法操作过程简单，合成过程中使用的溶剂对环境友好，组装得到的纳米结构新颖，且结构有序，尺寸均一，经高温焙烧后，催化剂的形貌得到基本的保持。这种新型的非贵金属电催化剂在碱性溶液和酸性溶液中均表现出较好的氧还原活性和较好的稳定性，可被应用燃料电池中。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双卟啉共组装制备新型非贵金属电催化剂的方法，所得的非贵金属电催化剂酸性和碱性条件下表现出一定的氧还原活性和较好的稳定性，可被应用到燃料电池中。

本发明的一种双卟啉共组装制备新型非贵金属电催化剂的方法，将含有正负离子的双卟啉溶液进行混合，或通过加入表面活性剂，获得分散性好，尺寸均一的纳米结构。经焙烧，酸洗，得到新型非贵金属电催化剂。

一种双卟啉共组装制备新型非贵金属电催化剂的方法，步骤如下：在0～80℃下，将溶有正离子的卟啉溶液与溶有负离子的卟啉溶液进行等浓度等体积混合，或将溶有一种电荷的卟啉溶液和具有同种电荷的表面活性剂溶液进行混合，再等电荷加入溶有相反电荷的卟啉溶液，保持电中性，搅拌5min～24h后，静置1-30天，抽滤、干燥，得到产物经600-1000℃在不同气氛下进行热处理30min～6h，在50-80℃下，进行酸洗、水洗、干燥，即得新型非贵金属电催化剂。