[发明专利]单原子铁-硫-氮共掺杂的碳气凝胶电催化剂、制备方法和应用

权利要求书

1.一种单原子铁-硫-氮共掺杂的碳气凝胶电催化剂的制备方法，其特征在于，所述碳气凝胶电催化剂中铁以单原子形式分散于硫氮共掺杂的碳气凝胶内，所述碳气凝胶电催化剂中铁原子含量为0.5～1wt％，硫原子含量为2～6wt％，氮原子含量为2～10wt％；所述碳气凝胶电催化剂的比表面积为150～500m² g^-1,孔体积0.01～0.1cm³ g^-1，孔径尺寸为2～10nm；

所述碳气凝胶电催化剂中的硫原子和氮原子摩尔比为1:0.8～2；

所述碳气凝胶的制备方法包括如下步骤：

(1)将尿素在水中加热溶解，加入卡拉胶和硝酸铁，加热溶解得到混合溶液；所述卡拉胶和硝酸铁的质量比为10～8:1；

(2)将步骤(1)的混合溶液冷冻干燥，形成铁-尿素-卡拉胶混合物的气凝胶；

(3)将步骤(2)的气凝胶氮气氛围下煅烧、酸处理后得到所述碳气凝胶电催化剂；煅烧温度为900～1000℃，煅烧时间为2～5h。

2.根据权利要求1所述的单原子铁-硫-氮共掺杂的碳气凝胶电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述尿素与水的质量比为1:1～50；尿素溶解的温度为30～150℃。

3.根据权利要求1所述的单原子铁-硫-氮共掺杂的碳气凝胶电催化剂的制备方法，其特征在于，卡拉胶和硝酸铁溶解的温度为30～150℃。

4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法得到的单原子铁-硫-氮共掺杂的碳气凝胶电催化剂在电催化氮气还原合成氨中的应用。

5.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法得到的单原子铁-硫-氮共掺杂的碳气凝胶电催化剂作为阴极材料在电催化锌-氮气电池中的应用。