[发明专利]过渡金属氮掺杂碳基催化剂及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种过渡金属氮掺杂碳基催化剂，包括过渡金属盐、水溶性高分子材料、碱、碳源和氮源的反应产物，其特征在于，所述催化剂采用包括以下步骤的方法制备：

步骤A：提供过渡金属盐溶液，其中所述过渡金属盐溶液包含过渡金属盐、水溶性高分子材料、醇和水；

步骤B：提供雾化后的碱溶液，其中所述雾化通过超声雾化器进行；

步骤C：将所述雾化后的碱溶液与所述过 渡金属盐溶液混合，得到凝胶；

步骤D：将所述凝胶与氮源、碳源、醇和水混合，并将由此形成的固体进行干燥，得到催化剂前驱体；

步骤E：将所述催化剂前驱体依次进行第一退火处理、酸处理和第二退火处理，

其中所述过渡金属盐选自锰、铁、钴、镍、铜或锌、的氯化物、高卤酸盐、硝酸盐、硫酸盐和磷酸盐；和/或

所述水溶性高分子材料选自聚乙烯吡咯烷酮和/或聚乙二醇；和/或

所述碱为氢氧化钾；和/或

所述氮源选自三聚氰胺、邻二氮杂菲、精氨酸、赖氨酸、和组氨酸中的至少一种；和/或

所述碳源为炭黑。

2.一种过渡金属氮掺杂碳基催化剂的制备方法，包括如下步骤：

步骤A：提供过渡金属盐溶液，其中所述过渡金属盐溶液包含过渡金属盐、水溶性高分子材料、醇和水；

步骤B：提供雾化后的碱溶液，其中所述雾化通过超声雾化器进行；

步骤C：将所述雾化后的碱溶液与所述过 渡金属盐溶液混合，得到凝胶；

步骤D：将所述凝胶与氮源、碳源、醇和水混合，并将由此形成的固体进行干燥，得到催化剂前驱体；

步骤E：将所述催化剂前驱体依次进行第一退火处理、酸处理和第二退火处理，

其中所述过渡金属盐选自锰、铁、钴、镍、铜或锌、的氯化物、高卤酸盐、硝酸盐、硫酸盐和磷酸盐；和/或

所述水溶性高分子材料选自聚乙烯吡咯烷酮和/或聚乙二醇；和/或

所述碱为氢氧化钾；和/或

所述氮源选自三聚氰胺、邻二氮杂菲、精氨酸、赖氨酸、和组氨酸中的至少一种；和/或

所述碳源为炭黑。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，

步骤A和D中所述醇选自具有一个或多个羟基的C1-C6的烷基醇；和/或

步骤A和D中所述水为去离子水。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤A中，所述过渡金属盐和水溶性高分子材料质量比为(1:100)-(100:1)；和/或

步骤A中，所述醇和水的体积比为(1:5)-(5:1)；和/或

步骤B中，所述碱溶液的浓度为1-100mmol/L；和/或

步骤C中，所述雾化后的碱溶液与所述过 渡金属盐溶液的体积比为(2-10):1；和/或

步骤D中，所述凝胶与氮源、碳源的质量比为(1-10)：(1-5)：(1-5)；和/或

步骤D中，所述醇和水的体积比为(1:10)-(20:1)。

5.根据权利要求2-4中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述超声雾化器的通电电压1-30V、目数为400-20000、所述超声雾化器的雾化发生器有效直径为2-200mm。

6.根据权利要求2-4中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤C中，在所述混合之后，将所得到混合液用水洗涤至中性，得到凝胶；和/或

步骤D中，所述混合的温度为4-100℃，时间为0.2-3h。

7.根据权利要求2-4中任一项所述的制备方法，步骤E中，所述第一退火处理的条件包括：温度为200-1400℃，时间为0.2-10h，加热速率为1-15℃/min；和/或

所述酸处理使用的酸为盐酸；和/或

所述第二退火处理的条件包括：温度为200-1400℃，时间为0.2-5h。

8.一种通过权利要求2-7中任一项所述的制备方法得到的催化剂。

9.权利要求1所述的催化剂或权利要求2-7中任一项所述的制备方法得到的催化剂在电化学氧化还原反应中的应用。