[发明专利]一种吡啶基三嗪衍生物聚合物基氮掺杂碳催化剂及其制备方法和用途

说明书

本发明提供一种吡啶基三嗪衍生物聚合物基氮掺杂碳催化剂，它是通过以下制备方法所制备的：先通过4‑氨基吡啶，2,2'‑二吡啶胺与三聚氯氰进行取代反应，制备获得含吡啶基三嗪衍生物(DAPAT)，再将含吡啶基三嗪衍生物(DAPAT)作为配体与金属钴离子配位形成聚合物网络(Co‑DAPAT)，再通过高温热解得到吡啶基三嗪衍生物聚合物基氮掺杂碳催化剂。该催化剂制备方法简单，成本较低，在碱性介质中具有可观的ORR催化性能、抗甲醇渗透和稳定性，有利于推动燃料电池的实际应用。

技术领域

本发明涉及一种氧还原催化剂，具体涉及一种吡啶基三嗪衍生物聚合物基氮掺杂碳催化剂及其制备方法和用途，属于燃料电池科学技术领域。

背景技术

化石能源，如石油、天然气与煤炭的广泛使用推动了人类社会的快速发展，但是化石能源的不可再生以及使用过程带来的环境问题是人类面临的两大难题。开发出环境友好、可再生的新能源和新能源技术已经成为当今世界作为重要的研究热点。

燃料电池作为一种新型的洁净绿色能源技术，因其不受卡诺循环的限制而具有能量转换效率高、环境亲和性好、能量密度高、启动速度快、无噪音等优点。然而，由于燃料电池本身阴极动力学性质的迟缓性以及较大的氧阴极过电位，使得氧还原反应(ORR)极度缓慢。目前，铂碳催化剂被认为是现有水平中一种最好的氧还原活性催化剂，可是，由于铂是一种自然界储存量稀少且价格昂贵的贵金属，所以，价格低廉且具有氧还原催化活性与稳定性高的非贵金属催化剂用于取代铂碳催化剂，是最终实现其大规模商业化应用的可行途径。

发明内容

针对现有技术中对燃料电池氧还原催化剂的需求，发明人合成了吡啶基三嗪衍生物聚合物(Co-DAPAT)作为前驱体获得的吡啶基三嗪衍生物聚合物基氮掺杂碳催化剂。该催化剂制备方法简易，成本较低，且具有极其丰富的活性位点，有利于推动燃料电池实际应用。

本发明的主要目的是制备一种以吡啶基三嗪衍生物聚合物(Co-DAPAT)作为前驱体的燃料电池ORR催化剂，其主要特征是先合成含吡啶基三嗪衍生物(DAPAT)，再将含吡啶基三嗪衍生物(DAPAT)作为配体与金属钴离子配位形成聚合物网络(Co-DAPAT)，再通过高温热解得到吡啶基三嗪衍生物聚合物基氮掺杂碳催化剂，

根据本发明提供的第一种实施方案，提供一种吡啶基三嗪衍生物聚合物基氮掺杂碳催化剂。

一种吡啶基三嗪衍生物聚合物基氮掺杂碳催化剂，它是通过以下制备方法所制备的：先通过4-氨基吡啶，2,2'-二吡啶胺与三聚氯氰进行取代反应，制备获得含吡啶基三嗪衍生物(DAPAT)，再将含吡啶基三嗪衍生物(DAPAT)作为配体与金属钴离子配位形成聚合物网络(Co-DAPAT)，再通过高温热解得到吡啶基三嗪衍生物聚合物基氮掺杂碳催化剂。

在本发明中，所述金属钴离子来自金属钴盐。

优选的是，金属钴盐为六水合硝酸钴、碱式碳酸钴、七水合硫酸钴、氯化钴、溴化钴、碘化钴中的一种或多种。

根据本发明提供的第二种实施方案，提供一种吡啶基三嗪衍生物聚合物基氮掺杂碳催化剂的制备方法。

一种吡啶基三嗪衍生物聚合物基氮掺杂碳催化剂的制备方法或制备第一种实施方案中所述吡啶基三嗪衍生物聚合物基氮掺杂碳催化剂的方法，该方法包括以下步骤：

(1)吡啶基三嗪衍生物(DAPAT)的制备：将4-氨基吡啶、2,2'-二吡啶胺与三聚氯氰溶于有机溶剂中，加热反应一段时间，分离，即得到吡啶基三嗪衍生物(DAPAT)；

(2)吡啶基三嗪衍生物聚合物(Co-DAPAT)的制备：将吡啶基三嗪衍生物(DAPAT)溶于有机溶剂中，加入金属钴盐，加热反应一段时间，分离，即得吡啶基三嗪衍生物聚合物(Co-DAPAT)；