[发明专利]Fe2

说明书

本发明涉及一种Fe₂Mo/NC二元合金纳米催化剂及其制备方法，其中，该制备方法包括如下步骤：在合成ZIF‑8的过程中进行Fe和Mo的掺杂，得到FeMo‑ZIF‑8前驱体，FeMo‑ZIF‑8前驱体中Fe和Mo的摩尔比大于2：1；在惰性气氛下对FeMo‑ZIF‑8前驱体进行高温热处理，使得Fe和Mo形成Fe₂Mo合金化纳米粒子，ZIF‑8高温热解为包覆Fe₂Mo合金化纳米粒子的NC(氮掺杂碳)载体；对产物进行酸洗，除去其中裸露的金属纳米粒子；最后水洗、干燥，得到Fe₂Mo/NC二元合金纳米催化剂。本发明制备的Fe₂Mo/NC二元合金纳米催化剂具有极佳的ORR电催化活性和稳定性。

技术领域

本发明涉及非贵金属纳米催化剂领域；更具体地，是涉及一种以NC(氮掺杂碳)为载体的Fe₂Mo二元合金纳米催化剂及其制备方法。

背景技术

随着能源需求迅速增长，日益严重的能源危机和环境问题已成为制约能源产业发展的重要因素，因此有必要建立可持续发展的清洁能源体系。其中，燃料电池和金属-空气电池都是目前最具潜力的可持续电化学能源转化和存储装置之一。

ORR(氧还原反应)是金属-空气电池和燃料电池实现能源转化的重要反应过程。由于反应路径较复杂，中间体生成较多，反应活化能较高，本征动力学速率缓慢，因此ORR反应效率成为限制金属-空气电池和燃料电池性能的关键因素。虽然PGM(铂族金属)催化剂对ORR具有很好的电催化活性，但其存在成本高且稳定性较差的不足。因此，开发高效稳定且低成本的非PGM催化剂是当前研究热点之一。

现有技术公开的非PGM催化剂包括非金属碳纳米结构、非贵金属、金属大环、过渡金属氧化物/碳化物/硫化物/氮化物、以及单原子金属催化剂等，这些用于替代PGM的催化剂均具有一定的ORR电催化活性。其中，考虑到地球上Fe的元素丰度及其电催化活性预期，Fe基催化剂是最有潜力的ORR催化剂之一。

例如，中国专利文献CN110148764A公开了一种用于催化ORR和OER的双功能二元金属催化剂的制备方法，二元金属为Fe和Co，制备方法包括如下步骤：将不同量的分别含有金属离子Zn²⁺、Co²⁺和Fe³⁺的硝酸盐、硫酸盐、乙酸盐、氯化盐或磷酸盐分散于甲醇中，获得A溶液；将一定量的二甲基咪唑也分散在甲醇中，获得B溶液；将B溶液和A溶液混合，搅拌均匀，静置至反应结束，获得混合溶液C；将混合溶液C离心处理，并用甲醇洗涤，干燥后获得前驱体产物；将获得的前驱体产物置于N₂保护氛围下，在700℃～1200℃进行煅烧，获得用于催化ORR和OER的双功能催化剂。

虽然现有技术公开了很多涉及Fe基ORR催化剂的研究，但尚未见Fe₂Mo合金ORR催化剂的报道。

发明内容

发明人研究发现，Fe₂Mo合金具有独特的电子结构使其具有很大的ORR电催化潜力。

本发明的一个方面提供了一种Fe₂Mo/NC二元合金纳米催化剂的制备方法，包括如下步骤：

S1：在合成ZIF-8的过程中进行Fe和Mo的掺杂，得到FeMo-ZIF-8前驱体，FeMo-ZIF-8前驱体中Fe和Mo的摩尔比大于2：1；

S2：在惰性气氛下对FeMo-ZIF-8前驱体进行高温热处理，使得Fe和Mo形成Fe₂Mo合金化纳米粒子，ZIF-8高温热解为包覆Fe₂Mo合金化纳米粒子的NC(氮掺杂碳)载体；

S3：对步骤S2所得产物进行酸洗，除去其中裸露的金属纳米粒子；

S4：对步骤S3所得产物进行水洗、干燥，得到Fe₂Mo/NC二元合金纳米催化剂。