[发明专利]由植酸衍生的氮磷共掺杂的FeW/N,P-C复合材料及其制备与应用

说明书

本发明涉及一种由植酸衍生的氮磷共掺杂的FeW/N,P‑C复合材料及其制备与应用，所述制备方法具体包括以下步骤：(a)取含有苯胺、植酸和钨源的酸性溶液A和含有过硫酸铵和铁源的酸性溶液B，将酸性溶液B滴加至酸性溶液A中进行反应，经后处理得到FeW/N,P‑C前驱体；(b)取步骤(a)所得的FeW/N,P‑C前驱体与NaCl、KCl混合均匀，依次经过一次退火、酸洗和二次退火，得到FeW/N,P‑C复合材料。与现有技术相比，本发明制得的复合材料具有良好的催化活性、稳定性以及甲醇耐受性，可用作燃料电池阴极氧还原催化剂，且制备过程操作简单。

技术领域

本发明属于燃料电池领域，具体涉及一种由植酸衍生的氮磷共掺杂的FeW/N,P-C复合材料及其制备与应用。

背景技术

能源短缺和环境污染问题是21世纪以来人类社会发展所面临的两大难题。因此寻找洁净可再生能源及开发高效的能量储存和转换技术是当务之急。燃料电池作为一种最有可能得到大规模商业化应用的新能源技术得到了广泛关注，而氧气的电还原反应是最重要的电催化反应之一，广泛应用于燃料电池和金属-空气电池等领域。但燃料电池阴极氧还原反应需要催化剂，目前常用的催化剂为铂金或铂基催化剂，金属铂价格昂贵、储量有限、易中毒且长时间运行时性能损失严重等缺点限制了它的实际应用，也阻碍了燃料电池等相关领域的发展。

针对铂基催化剂的不足，近年来利用某些非金属元素(例如氮、硫、硼、磷)掺杂的碳材料表现出一定的氧还原性能，但元素掺杂涉及条件较苛刻，并且性能较之于商业化铂催化剂性能差较多，氧还原过电位较大。因此，现阶段的主要任务是开发低成本、高活性、高稳定性的阴极非贵金属催化剂，进而推动燃料电池的大规模商业化应用。

此前，专利CN103920519B公开了一种基于铁钨双金属氧化物增强氮掺杂石墨烯的氧还原电催化剂的制备方法，包括以下步骤：1)将石墨粉进行氧化制备石墨氧化物；2)将步骤1)制备的石墨氧化物进行超声处理制备石墨烯氧化物；3)将步骤2)制备的石墨烯氧化物加水稀释并与氮源混合后水热反应，得到氮掺杂石墨烯；4)将步骤3)制备的氮掺杂石墨烯分散在水中后加入铁源和钨源，加热水解反应；5)将步骤4)的反应产物清洗干燥，然后在保护气的条件下热处理。虽然该专利公开了一种基于铁钨双金属氧化物增强氮掺杂石墨烯的氧还原电催化剂的制备方法，但该实验方法危险性较强，反应条件较为苛刻，本发明与之相比反应条件温和，安全系数高，操作性强，方法更为简单快捷。

发明内容

本发明的目的就是提供一种由植酸衍生的氮磷共掺杂的FeW/N,P-C复合材料及其制备与应用，解决了现有技术中Pt/C催化剂贵金属用量大、催化剂利用率低、催化活性低等技术问题，制得的复合材料具有良好的催化活性、稳定性以及甲醇耐受性，可用作燃料电池阴极氧还原催化剂，制备过程操作简单。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种由植酸衍生的氮磷共掺杂的FeW/N,P-C复合材料的制备方法，所述制备方法具体包括以下步骤：

(a)取含有苯胺、植酸和钨源的酸性溶液A和含有过硫酸铵和铁源的酸性溶液B，将酸性溶液B滴加至酸性溶液A中进行反应，经后处理得到FeW/N,P-C前驱体，该FeW/N,P-C前驱体呈墨绿色。其中苯胺可同时作为碳源与氮源，植酸可同时作为碳源与磷源，苯胺和植酸共同形成碳载体，过硫酸铵可作为引发剂诱导苯胺自聚合反应的发生；

(b)取步骤(a)所得的FeW/N,P-C前驱体与NaCl、KCl混合均匀，依次经过一次退火、酸洗和二次退火，得到FeW/N,P-C复合材料。

步骤(a)中，所述酸性溶液A由浓度为0.5M的H₂SO₄溶液与超纯水按体积比1:(0.5-1)配制得到，体积为15-30mL，并含有苯胺、植酸和钨源；