[发明专利]一种铁、氮共掺杂炭氧还原催化剂及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种铁、氮共掺杂炭氧还原催化剂，其特征在于，以元素梯度分布的铁/锌双金属圆柱状MOFs为前驱体制备所述的铁、氮共掺杂炭氧还原催化剂，其中，铁、锌双金属圆柱状MOFs具有外部富铁、内部富锌的梯度分布结构，高温热解碳化后形成的催化剂活性位点高度暴露且均匀分散，孔结构呈现微孔、介孔并存的分级多孔结构，所述的微孔为0-2 nm，所述的介孔为2-10 nm；所述的高温热解碳化为在惰性气氛下以1-10 ^oC min^-1的升温速率升温至900-1100 ^oC，保温1-3 h。

2.一种铁、氮共掺杂炭氧还原催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将金属混合盐与有机配体分别溶于有机溶剂中，超声溶解并分散均匀，在搅拌条件下将上述两种溶液充分混合，然后转移至反应釜中，将反应釜置于烘箱中在80-180 ^oC下保温12-36 h，经冷却、抽滤并用有机溶剂反复洗涤后烘干，得到圆柱状Fe,Zn-ZIF；其中，硝酸锌与硫酸亚铁摩尔比为10-40，金属混合盐与苯并咪唑摩尔比为0.125-0.5，有机配体的浓度为0.1-0.2 mol L^-1，干燥温度为60-80℃ ，干燥时间8-12 h；

（2）将上述制备的Fe,Zn-ZIF在惰性气氛下以1-10 ^oC min^-1的升温速率升温至900-1100 ^oC，保温1-3 h，待冷却至室温后研磨得到铁、氮共掺杂炭氧还原催化剂。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述的金属混合盐为硝酸锌和硫酸亚铁的混合物，金属混合盐的浓度为0.028 mol L^-1；所述的有机配体为苯并咪唑；所述的有机溶剂为甲醇、乙醇、丙二醇中的一种或几种。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，硝酸锌和硫酸亚铁摩尔比为20；金属混合盐与苯并咪唑摩尔比为0.25；所述混合的顺序为苯并咪唑的有机溶液倒入金属混合盐的有机溶液，混合速率为8-10 mL s^-1。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述的圆柱状Fe,Zn-ZIF的形貌为圆柱状，平均直径为6-8 μm。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述的惰性气氛为氩气或氮气，以5 ^oC min^-1升温至1000 ^oC，保温2 h。

7.权利要求1所述的铁、氮共掺杂炭氧还原催化剂或权利要求2-6所述的制备方法制备得到的铁、氮共掺杂炭氧还原催化剂用于碱性燃料电池的阴极氧气还原反应。