[发明专利]一种含有氟、氮、碳元素的氧还原催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种含有氟、氮、碳元素的氧还原催化剂及其制备方法，以三聚氰胺为氮源，以甲醛为交联剂，建设性的引入了六氟双酚A作为碳源和氟源，通过简单的溶剂热的方法一步合成一种具有兼具氟、氮、碳元素氧还原催化材料。本发明首次使用六氟双酚A作为氟源和碳源，材料在溶剂热合成之后通过热解过程形成一种介孔材料，提高了催化剂与氧化反应液的接触面积，能够有效的提高催化效率，进一步提高了氧还原催化性能。本发明使用的三聚氰胺、甲醛、六氟双酚A和无水乙醇等原材料来源丰富、廉价易得，能够有效的降低Pt/C等燃料电池阴极反应催化剂成本高、价格昂贵、资源稀缺等缺点。

技术领域

本发明涉及氧还原催化剂领域，具体涉及一种用于低温燃料电池阴极的含有氟、氮、碳元素的氧还原催化剂及其制备方法。

背景技术

低温燃料电池作为一种具有环境友好、快速启动、无电解液流失、寿命长、功率密度和能量密度高等优点的电池，在电动汽车动力电源、移动电源、微型电源及小型发电装置等方面显示出广阔的应用前景。燃料电池的阴极氧还原反应是燃料电池电催化反应的速度控制步骤，因此提高阴极氧还原反应速率是提高燃料电池性能的关键所在。

贵金属Pt由于对燃料电池阴极氧化还原具有高活性、高能效，而被广泛应用于燃料电池阴极催化剂，但由于其价格昂贵，大幅提高了其生产和制造成本，限制了其进一步的应用。同时，商业Pt/C作为氧还原催化性能最好的燃料电池阴极电极材料还存在着如稳定性低、资源储备少、价格昂贵等缺点。

发明内容

本发明的首要目的是为了克服现有技术中Pt/C作为燃料电池阴极电极氧还原催化剂存在着资源储存少、价格昂贵等问题，提供一种含有氟、氮、碳元素的氧还原催化剂及其制备方法，能够有效的降低燃料电池阴极电极氧还原反应催化剂的成本。

本发明的另一目的是为了克服现有技术中Pt/C作为燃料电池阴极电极氧还原催化剂存在着稳定性低、催化效果不好的问题，提供一种含有氟、氮、碳元素介孔结构的氧还原催化剂及其制备方法，在降低成本基础上，能够进一步提高催化效果并有效的改善催化剂的稳定性。

本发明提供一种含有氟、氮、碳元素的氧还原催化剂，由溶于甲醛的三聚氰胺和溶于无水乙醇的六氟双酚A通过溶剂热法制备而成。

三聚氰胺的结构式为：

在中性或微碱性情况下，与甲醛缩合而成各种羟甲基三聚氰胺，为含有氟、氮、碳元素的氧还原催化剂提供氮源。

六氟双酚A的结构式为：

为含有氟、氮、碳元素的氧还原催化剂提供氟源和碳源。

本发明所述的一种含有氟、氮、碳元素的氧还原催化剂的制备方法，包括以下步骤：

S1、将三聚氰胺溶于甲醛溶液中，制得三聚氰胺浓度为0.005～0.120g/ml的溶液A；将六氟双酚A溶于无水乙醇中，制得六氟双酚A浓度为0.005～0.100g/ml的溶液B；

S2、将溶液A和溶液B按照体积比为1:0.5～2.0放置在容器中，在室温下搅拌15～30min，搅拌速度为300～700r/min，制得溶液C；

S3、将溶液C倒入反应釜，加热至160～180℃反应6～8h，得到溶液D。

本发明所述的一种含有氟、氮、碳元素的氧还原催化剂，作为优选方式，还包括以下步骤：

S4、将溶液D冷却，通过醇洗抽滤，在60℃下烘干8～16h，得到含有F、N、C元素的氧还原催化剂E。

本发明所述的一种含有氟、氮、碳元素的氧还原催化剂的制备方法，作为优选方式，步骤S1中溶液A的浓度为0.04～0.05g/ml；溶液B的浓度为0.04～0.05g/ml。