[发明专利]一种以猪血为原料制备Fe-N-C氧还原催化剂的方法

说明书

一种以猪血为原料制备Fe‑N‑C氧还原催化剂的方法，属于催化剂及其制备技术领域。包括以下步骤：1)将市售的猪血干燥；2)干燥后的猪血放置于微波反应器中，在Ar或N₂保护下进行微波反应，反应功率为2000～3000W，反应时间为15～20min，得到黑色粉末；3)黑色粉末在0.5～3mol/L稀盐酸中搅拌30～60min，过滤，清洗，烘干。本发明得到的Fe‑N‑C氧还原催化剂为富含介孔的结构，对氧还原反应有很好的电催化活性，起始电位0.91V，半波电位0.74V；本发明方法不仅有效利用了废弃生物质资源，且制备过程无毒无害，成本低廉，操作简单，易于工业化生产，具有良好的工业化前景。

技术领域

本发明属于催化剂及其制备技术领域，具体涉及一种以猪血为原料制备Fe-N-C氧还原催化剂的方法。

背景技术

电催化氧还原是诸多能量转换和存储器件的核心反应，比如燃料电池、金属空气电池。碳载铂及铂合金催化剂是目前公认的性能最好、使用最广泛的氧还原催化剂。受铂等贵金属催化剂成本高、资源少的限制，非贵金属催化剂近年来受到越来越多的关注。Fe-N-C具有活性高、稳定性高、成本低等特性，被认为是最有希望替代铂基材料作为燃料电池和金属空气电池阴极氧还原的电催化材料之一。Fe-N-C氧还原催化剂通常采用合适的碳源、氮源和铁源作为前驱体，混合高温退火碳化制备得到。中国发明专利一种Fe-N-C催化剂及其制备方法和应用(申请号201711337998.4)公布了一种富介孔Fe-N-C催化剂的合成方法，然而受限于铁离子和氮源前驱体间减弱的吸附作用，可供选择用来合成Fe-N-C氧还原催化剂的碳源、氮源和铁源前驱体十分受限。

猪血中含有大量的碳、氮、铁等元素。猪血含铁量非常丰富，每100克猪血含铁高达45毫克，而且猪血中铁元素主要以血红素铁的形式存在，铁和氮易形成环状螯合物结构Fe-N4，是一种良好的铁源、氮源和碳源。基于以上讨论分析，如能用猪血为原料低成本、简单快速的合成Fe-N-C氧还原催化剂，是推进Fe-N-C氧还原催化剂替代铂基催化剂研发的关键，对于燃料电池和金属空气电池的发展具有重要的价值。

发明内容

本发明目的在于，提供一种Fe-N-C氧还原催化剂的低成本、快速的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种以猪血为原料制备Fe-N-C氧还原催化剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将市售的猪血置于烘箱内干燥，干燥温度为80～100℃，干燥时间为1～2h，以去除猪血中的水分；

步骤2、将步骤1干燥后的猪血放置于微波反应器中，在Ar或N₂气流保护下进行微波反应，微波反应器的反应功率为2000～3000W，微波反应的时间为15～20min，反应完成后，得到黑色粉末；

步骤3、将步骤2得到的黑色粉末放置于0.5～3mol/L的稀盐酸中，搅拌30～60min，以除去其他杂质；过滤，清洗，烘干，即可得到所述Fe-N-C氧还原催化剂。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明提供了一种以猪血为原料制备Fe-N-C氧还原催化剂的方法，得到的Fe-N-C氧还原催化剂为富含介孔的结构，对氧还原反应有很好的电催化活性，起始电位0.91V，半波电位0.74V。

2、本发明提供了一种以猪血为原料制备Fe-N-C氧还原催化剂的方法，不仅有效利用了废弃生物质资源，且制备过程无毒无害，成本低廉，操作简单，易于工业化生产，具有良好的工业化前景。

附图说明

图1为实施例1制备得到的Fe-N-C氧还原催化剂的SEM图；

图2为实施例4制备得到的Fe-N-C氧还原催化剂的SEM图；