[发明专利]氮掺杂有序分级介孔碳催化剂的制备及其碳催化剂和应用

权利要求书

1.氮掺杂有序分级介孔碳催化剂的制备方法，其特征在于：其所述氮掺杂有序分级介孔碳催化剂的具体制备方法如下：

(1)取间苯二酚或苯酚放入容器中，在30-50℃恒温水浴中搅拌10-40min，使其融化得到溶液A；

(2)将质量分数为10-20wt.％的NaOH溶液加入到上述溶液A中，保持50℃水浴搅拌均匀，得到溶液B，其中间苯二酚或苯酚与NaOH的摩尔比为15:1-5:1；

(3)向溶液B中加入质量分数10-40wt.％的甲醛溶液，其中间苯二酚或苯酚和甲醛的摩尔比为1:5-1:1，调节水浴温度至40-80℃，持续搅拌0.5-4h，制备得到可溶性酚醛树脂溶胶C；

(4)取出溶胶C，冷却至室温后用0.5-2M盐酸调节溶液至PH＝7或8，得到树脂溶液D；

(5)将树脂溶液D放入真空干燥箱中，除去水分，得到的树脂凝胶经乙醇稀释后离心除去析出的NaCl，最终获得质量分数为10-50wt.％的树脂预聚体乙醇溶液E；

(6)取三嵌段共聚物F127或P123溶于乙醇中，在30-50℃恒温水浴中搅拌均匀，得到溶液F，其中F127或P123在溶液中的质量分数为2-10wt.％；

(7)向溶液F中加入树脂预聚体乙醇溶液E，保持30-50℃恒温水浴中搅拌均匀，得到溶液G，其中树脂预聚体与三嵌段共聚物F127或P123的质量比为1:0.4-1:4；

(8)向溶液G中依次加入过渡金属盐和分子筛，搅拌1-4h，其中树脂预聚体与过渡金属盐的质量比为1:0.04-1:0.16，树脂预聚体与分子筛的质量比为1:0.2-1:1.6；

(9)将步骤(8)所得悬浊液转移到培养皿中，在室温下挥发6-18h，再将培养皿置于60-120℃烘箱内固化4-12h，得到薄膜聚合物材料H；

(10)将步骤(9)所得薄膜聚合物材料H于700-1200℃氨气气氛碳化2-10小时，N₂或Ar吹扫至室温，采用质量分数为10-20wt.％的氢氟酸溶液洗除分子筛，并用去离子水洗涤4-6次，干燥后即得氮掺杂有序分级介孔碳催化剂；

其中，所使用过渡金属金属盐为VB、VIB、VIIB和VIII族中的一种或多种金属元素的可溶性盐；所使用分子筛为Y型分子筛、MCM-41分子筛或ZSM-5分子筛中的一种或多种。

2.按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

所述可溶性盐为金属的硝酸盐、碳酸盐、硫酸盐、醋酸盐、卤化物、二亚硝基二胺盐中的一种或多种；所述金属元素为Fe、Co、Ni、Ir、V、Cr、Mn、W中的一种或多种。

3.一种权利要求1或2所述制备方法制备获得的碳催化剂。

4.按照权利要求3所述的碳催化剂，其特征在于：

所述碳催化剂的比表面积为500-1200㎡·g^-1，总孔容为2-3㎝³·g^-1，其中介孔容积占总孔容比例为30-70﹪，金属元素质量含量为0.1-1％，氮元素质量含量为1-10％。

5.一种权利要求3或4所述的碳催化剂在质子交换膜酸性燃料电池或碱性膜燃料电池中的应用。