[发明专利]一种Fe-N-C催化剂及其制备和应用

权利要求书

1.一种Fe-N-C催化剂，其特征在于：以多孔碳材料为载体，载体外表面担载有铁的氮化物，所述多孔碳材料比表面不小于100cm² g^-1；载体孔径4-30 nm的介孔；所述Fe-N-C催化剂的制备方法包括以下步骤：

1）金属有机骨架的合成：将Zn金属盐和咪唑基有机配体分别于溶剂中分散均匀，将Zn金属盐溶液在搅拌下加入到咪唑基有机配体溶液中获得混合溶液，将混合溶液转移到反应釜中进行反应，分离产物得金属有机骨架；

2）催化剂前驱体的制备：将步骤(1)获得的金属有机骨架在水中分散搅拌均匀，加入EDTANaFe，继续搅拌，然后离心分离和冻干获得催化剂前驱体；

3）Fe-N-C催化剂的制备：将步骤(2)获得的催化剂前驱体在惰性气氛下进行高温碳化处理，得Fe-N-C催化剂。

2.如权利要求1所述的催化剂，其特征在于：所述多孔碳材料比表面为700-1000 cm² g^-1；载体孔径为5-10nm。

3.如权利要求1所述的催化剂，其特征在于：催化剂中Fe的质量分数为0.5-3%。

4.如权利要求1所述的催化剂，其特征在于：所述多孔碳材料中掺杂有N元素，所述N元素存在的形式为吡啶N、吡咯N中的一种或两种以上；所述Fe-N-C电催化剂中N的质量分数为5-10 %。

5.一种权利要求1-4任一所述Fe-N-C催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）金属有机骨架的合成：将Zn金属盐和咪唑基有机配体分别于溶剂中分散均匀，将Zn金属盐溶液在搅拌下加入到咪唑基有机配体溶液中获得混合溶液，将混合溶液转移到反应釜中进行反应，分离产物得金属有机骨架；

2）催化剂前驱体的制备：将步骤(1)获得的金属有机骨架在水中分散搅拌均匀，加入EDTANaFe，继续搅扮，然后离心分离和冻干获得催化剂前驱体；

3）Fe-N-C催化剂的制备：将步骤(2)获得的催化剂前驱体在惰性气氛下进行高温碳化处理，得Fe-N-C催化剂。

6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述Zn金属盐为硝酸锌、乙酸锌中的一种或两种以上；咪唑基有机配体为咪唑、2-甲基咪唑、苯并咪唑中的一种或两种以上；溶剂为DMF、甲醇或水中的一种或两种以上的混合物；步骤(2)中所述金属有机骨架中的Zn和EDTANaFe中Fe的原子比为20:1-200:1；

咪唑基有机配体和Zn的摩尔比为4-8：1。

7.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述高温碳化处理过程为从室温升温至700-1000℃并保持0.5-3h，然后降温至室温；所述升温过程中的升温速率为2-5℃/min；所述降温过程中降温速率为6-10℃/min。

8.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述惰性气氛为氮气、氩气、氮气、氩气中的一种或两种以上的混合气。

9.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所得到的催化剂与0.2-2 MH₂SO₄混合，60-90℃加热回流2-24h清洗，获得最终的Fe –N-C催化剂。

10.一种权利要求1-4任一所述Fe-N-C催化剂的应用，其特征在于：所述催化剂作为聚合物电解质膜燃料电池或金属空气燃料电池阴极氧还原反应电催化剂。