[发明专利]一种双金属原子中空碳纳米球催化剂及其制备方法

权利要求书

1.一种双金属原子中空碳纳米球催化剂，其特征在于，所述催化剂以碳中空纳米球为载体，FeCuN₆均匀分布在碳中空纳米球外表面，Fe-Cu双金属联合配位6个N，并通过N原子键合在载体外表面，其中，原子Fe和原子Cu的负载量均为0.1 wt%~5 wt%，N负载量为3 at%~10at%；所述双金属原子中空碳纳米球催化剂按照以下步骤制备得到，

步骤1：在去离子水中依次加入五元氮杂环化合物、铁盐、铜盐和氧化剂，搅拌至溶液颜色从黑色变成土黄色，然后将该溶液在80 ℃~120 ℃烘干后制备成粉末A，其中，五元氮杂环化合物、氧化剂、铁盐和铜盐的质量比为（1~10）：（20~100）：（1~5）：（1~5）；

步骤2：采用stö ber 方法合成SiO₂模板；

步骤3：在去离子水中依次加入氯化钠、步骤2制备的SiO₂模板和步骤1制备的粉末A，搅拌至分散均匀，然后干燥得到固体B，其中氯化钠、SiO₂模板和粉末A的质量比为（1~10）：（1~10）1；

步骤4：研磨固体B至粉末，在保护气氛下进行碳化，碳化温度为500 ℃~1000 ℃，时间为1 h ~5 h，然后自然降温冷却，得到固体混合物C；

步骤5：在酸或碱溶液中加入固体混合物C，搅拌溶解，然后进行离心、水洗、烘干，得到黑色粉末D，即为所述双金属原子中空碳纳米球催化剂。

2.一种如权利要求1所述的双金属原子中空碳纳米球催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：在去离子水中依次加入五元氮杂环化合物、铁盐、铜盐和氧化剂，搅拌至溶液颜色从黑色变成土黄色，然后将该溶液在80 ℃~120 ℃烘干后制备成粉末A，其中，五元氮杂环化合物、氧化剂、铁盐和铜盐的质量比为（1~10）：（20~100）：（1~5）：（1~5）；

步骤2：采用stö ber 方法合成SiO₂模板；

步骤3：在去离子水中依次加入氯化钠、步骤2制备的SiO₂模板和步骤1制备的粉末A，搅拌至分散均匀，然后干燥得到固体B，其中氯化钠、SiO₂模板和粉末A的质量比为（1~10）：（1~10）1；

步骤4：研磨固体B至粉末，在保护气氛下进行碳化，碳化温度为500 ℃~1000 ℃，时间为1 h ~5 h，然后自然降温冷却，得到固体混合物C；

步骤5：在酸或碱溶液中加入固体混合物C，搅拌溶解，然后进行离心、水洗、烘干，得到黑色粉末D，即为所述双金属原子中空碳纳米球催化剂。

3.如权利要求2所述双金属原子中空碳纳米球催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1所述五元氮杂环化合物为吡咯、卟啉或咪唑，所述铁盐为硝酸铁、氯化铁或氯化亚铁中的一种或多种，铜盐为硝酸铜、氯化铜中的一种或多种，所述氧化剂为过氧化氢或过硫酸胺。

4.如权利要求2所述双金属原子中空碳纳米球催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1所述铁盐和铜盐的浓度均为0.001g/mL~0.05 g/mL。

5.如权利要求2所述双金属原子中空碳纳米球催化剂的制备方法，其特征在于，步骤2所述SiO₂模板的直径为200 nm 。

6.如权利要求2所述双金属原子中空碳纳米球催化剂的制备方法，其特征在于，步骤3所述粉末A的浓度为0.005 g/mL ~0.05 g/mL。

7.如权利要求2所述双金属原子中空碳纳米球催化剂的制备方法，其特征在于，步骤3所述干燥方式为冻干干燥或旋转蒸发干燥。

8.如权利要求2所述双金属原子中空碳纳米球催化剂的制备方法，其特征在于，步骤4所述保护气氛 为氩气或氮气，气体流速为100 sccm~400 sccm。

9.如权利要求2所述双金属原子中空碳纳米球催化剂的制备方法，其特征在于，步骤5所述酸溶液为40 wt % HF酸，碱溶液为6M NaOH溶液；所述离心参数为：9000 rpm/min；所述烘干温度为50 ℃~80 ℃。