[发明专利]一种铁-镍-氮共掺杂碳催化剂及其制备方法和用途

权利要求书

1.一种铁-镍-氮共掺杂碳催化剂，其特征在于：该催化剂是通过以下制备方法制备获得的：首先采用含三芳基咪唑苯胺衍生物TPI-NH₂进行氧化聚合反应获得聚苯胺衍生聚合物TPANI；然后将聚苯胺衍生聚合物TPANI、铁源、镍源、三聚氰胺混合后进行反应获得TPANI/三聚氰胺/Ni-Fe混合物；最后将TPANI/三聚氰胺/Ni-Fe混合物进行热处理后获得铁-镍-氮共掺杂碳催化剂NiFe/N-C。

2.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于：所述氧化聚合反应为含三芳基咪唑苯胺衍生物TPI-NH₂与氧化剂进行反应，生成聚苯胺衍生聚合物TPANI；

含三芳基咪唑苯胺衍生物TPI-NH₂具体为3-（4,5-二苯基-1H-咪唑-2-基）-苯胺或2-（4,5-二苯基-1H-咪唑-2-基）-苯胺。

3.根据权利要求2所述的催化剂，其特征在于：所述氧化剂为过硫酸铵或过氧化苯甲酰；含三芳基咪唑苯胺衍生物TPI-NH₂为3-（4,5-二苯基-1H-咪唑-2-基）-苯胺。

4.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于：所述铁源选自硝酸铁、三氯化铁中的一种或多种；所述镍源选自硝酸镍、醋酸镍中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于：所述铁源选自九水合硝酸铁、六水合三氯化铁中的一种或多种；所述镍源选自六水合硝酸镍、四水合醋酸镍中的一种或多种。

6.一种制备权利要求1-5中任一项所述铁-镍-氮共掺杂碳催化剂的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

1）将含三芳基咪唑苯胺衍生物TPI-NH₂溶于混合溶剂中，在氧化剂的存在下进行氧化聚合反应获得聚苯胺衍生聚合物TPANI；

2）将步骤1）获得聚苯胺衍生聚合物TPANI、铁源、镍源溶于溶剂中，然后加入三聚

氰胺进行混合反应，获得TPANI/三聚氰胺/Ni-Fe混合物；

3）将步骤2）获得的TPANI/三聚氰胺/Ni-Fe混合物在保护性气体气氛保护下经热处理后获得铁-镍-氮共掺杂碳催化剂NiFe/N-C。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤1）具体为：按比例将含三芳基咪唑苯胺衍生物TPI-NH₂溶于第一溶剂中；然后加入氧化剂，进行反应；反应完成后经分离处理、洗涤、干燥后获得聚苯胺衍生聚合物TPANI。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤2）具体为：按比例将步骤1）获得的聚苯胺衍生聚合物TPANI溶于第二溶剂中，然后加入铁源、镍源，进行反应；接着再加入三聚氰胺继续反应；反应完成后，去除溶剂、研磨获得粉末状TPANI/三聚氰胺/Ni-Fe混合物。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤3）具体为：将步骤2）获得的TPANI/三聚氰胺/Ni-Fe混合物放入热处理器中，然后在保护性气体保护的氛围下将热处理器升温至300-800℃，热处理0.5-5h；然后升温至800-1300℃，保温1-5h后，获得铁-镍-氮共掺杂碳催化剂NiFe/N-C。

10.根据权利要求7-9中任一项所述的方法，其特征在于：在步骤1）中所述含三芳基咪唑苯胺衍生物TPI-NH₂和氧化剂加入量的摩尔比为0.5-5:0.3-3；

在步骤2）中，所述聚苯胺衍生聚合物TPANI、铁源、镍源、三聚氰胺加入量的摩尔比为1-12:0.1-4:0.3-8:80-300。