[发明专利]一种用于氢空燃料电池阴极材料的催化剂及其制备方法

权利要求书

1.一种制备用于氢空燃料电池阴极催化剂的方法，所述催化剂包含至少两种单分散的VIII族原子和作为有机配体的二甲基咪唑，其中，所述有机配体二甲基咪唑配位形成为非金属杂原子掺杂的碳载体，所述VIII族原子与非金属杂原子N原子相互作用，并包覆在所述碳载体的碳层里面并以多原子的形式存在，并且所述催化剂具有未饱和N的空缺位点，

所述方法包括以下步骤：

步骤1，将第一种VIII族原子化合物的甲醇溶液和Zn化合物的甲醇溶液加入到作为有机配体的二甲基咪唑的甲醇溶液中，或者只将Zn化合物的甲醇溶液加入到作为有机配体的二甲基咪唑的甲醇溶液中，边超声边溶解，然后再将混合溶液搅拌过夜；

步骤2，将步骤1得到的混合溶液用甲醇离心洗涤，在60℃-90℃烘箱中烘干过夜，得到含有第一种VIII族原子和Zn原子的固体粉末，或者得到只含有Zn原子的固体粉末；

步骤3，将步骤2得到的含有第一种VIII族原子和Zn原子的固体粉末超声分散不溶于水的无毒有机溶剂中，在搅拌条件下将所选定的另外一种或多种VIII族原子化合物的水溶液加入其中用于掺杂，搅拌1-3小时，离心，在60℃-90℃烘箱中烘干过夜，得到固体粉末；或者

将步骤2得到的只含有Zn原子的固体粉末超声分散在不溶于水的无毒有机溶剂中，在搅拌条件下将所选定的至少两种VIII族原子化合物的水溶液加入其中用于掺杂，搅拌1-3小时，离心，在60℃-90℃烘箱中烘干过夜，得到固体粉末；

步骤4，将步骤3得到的固体粉末在密封状态下通入惰性气体，在惰性气氛下升温到800-1000℃，煅烧1-3h，然后冷却到室温，研磨20min-40min，即得所需的催化剂。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在步骤1中所述的第一种VIII族原子化合物和Zn化合物均为各自的硝酸盐，在步骤3中所述用于掺杂而加入的另外一种或多种VIII族原子化合物为氯化盐。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述第一种VIII族原子化合物的甲醇溶液的摩尔浓度为0.01-0.2mol/L，所述Zn化合物的甲醇溶液的摩尔浓度为0.01-0.2mol/L，所述有机配体的甲醇溶液的摩尔浓度为0.1-1mol/L；所述第一种VIII族原子化合物的甲醇溶液、Zn化合物的甲醇溶液、有机配体的甲醇溶液三者之间的体积比为1∶1∶2-1∶1∶10，并且掺杂加入的另外至少一种VIII族原子化合物的水溶液的浓度为10-200mg/ml，掺杂加入的体积为10-100ul。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述催化剂在高温热解过程中利用含P原子或者S原子特定化合物的挥发性质而进一步被P原子或S原子掺杂，最终形成VIII族多原子金属的P化物和S化物。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在步骤4中，所述的Zn原子在800-1000℃高温煅烧的过程中挥发而留下未饱和N的空缺位点。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述的VIII族原子为选自Fe、Co、Ni、Pt、Pd和Ru中的至少两种金属元素。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述催化剂中包含的所述至少两种VIII族原子之和与非金属杂原子的原子比为在1∶30到1∶40的范围内。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述催化剂中包含两种或三种VIII族原子时，它们之间的摩尔比在1∶1到1∶10或1∶1∶1-1∶10∶10的范围内。