[发明专利]一种磷、氮共掺杂的铁单原子碳材料及其制备方法和用途

权利要求书

1.一种磷、氮共掺杂的铁单原子碳材料，其特征在于，所述铁单原子碳材料中同时含有磷、氮、铁、碳四种元素，且铁均呈原子级分散，其中在碳氮基底上Fe原子平均与4个N原子配位，且每个Fe-N4周围平均有一个P原子与N原子相连；

所述铁单原子碳材料为无定形态，其中，各元素的质量含量为：N含量为10.67at％，Fe含量为0.86at％，P含量为0.98at％，余量为碳，以所述铁单原子碳材料的总原子数量为基准。

2.一种权利要求1所述的磷、氮共掺杂的铁单原子碳材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包含以下步骤：

(1)、向甲酰胺中加入水溶性锌盐、水溶性铁盐，并加入磷粉，搅拌至均匀分散，超声后得到水热反应母液；

(2)、将步骤(1)所述水热反应母液放入密闭反应釜中进行水热反应，制得黑色固体；

(3)、将步骤(2)得到的黑色固体在惰性气体保护下高温碳化，制得磷、氮共掺杂的铁单原子碳材料；

步骤(1)中，甲 酰胺选自甲酰胺、氮氮二甲基甲酰胺中的至少一种，锌盐选自无水氯化锌和硝酸锌中的至少一种，铁盐选自无水三氯化铁、三氯化铁和硝酸铁中的至少一种，磷粉选自红磷和黄磷中的至少一种；

步骤(1)中，加入的锌盐、铁盐和磷粉的浓度分别为0.01～0.1mol/L甲酰胺、0.001～0.01mol/L甲酰胺和0.001～0.01mol/L甲酰胺；

步骤(2)中，水热反应在以下条件下进行：温度180℃，压力为自生压力，反应时间为12小时；

步骤(3)中，高温碳化过程如下：惰性气体为氩气，氩气流速80mL/min，升温速率5℃/min，温度升至900℃，反应时间为2小时，自然冷却。

3.权利要求1所述的磷、氮共掺杂的铁单原子碳材料作为高温燃料电池催化剂的用途，其特征在于，所述高温燃料电池的电解液是磷酸盐或者高氯酸盐，该铁单原子碳材料可以提高氧还原反应的催化活性和稳定性。

4.一种高温燃料电池，其特征在于，所述电池的负极材料包含权利要求1所述的磷、氮共掺杂的铁单原子碳材料。