[发明专利]一种铜多酚-三嗪超分子网络结构纳米复合材料的合成方法及其应用

说明书

本发明属于燃料电池催化剂技术领域，具体涉及一种铜多酚‑三嗪超分子网络结构纳米复合材料的合成方法及其应用。包括以下步骤：称取1,3,5‑三嗪‑2,4,6‑三胺与饱和多元环酮，反应获得共价三嗪基有机聚合物CTP；将CTP制成CPT‑多酚溶液；合并铜多酚溶液和CPT‑多酚溶液，使反应；将反应所得产物离心、烘干，获得前驱体；将前驱体在惰性气氛下煅烧，制得铜多酚‑三嗪超分子网络结构纳米复合材料。本发明以共价三嗪基有机聚合物为基材，通过多酚网络的功能化改性手段，得到具有优异氧还原性能的纳米复合材料，实现了金属多酚网络与三嗪聚合物骨架的紧密结合，具有经济高效、绿色环保的特点。

技术领域

本发明属于燃料电池催化剂技术领域，具体涉及一种铜多酚-三嗪超分子网络结构纳米复合材料的合成方法及其应用。

背景技术

在人类社会的历史发展进程中，能源危机和环境污染之间的矛盾，一直是促使世界科学家们研究的主要动力。随着传统化石燃料的日渐枯竭，开发清洁高效的能源储存和转化技术迫在眉睫。在众多新能源技术中，燃料电池和电解水技术作为可持续和环保的能量转换技术而被研究最多。目前，燃料电池的主要问题是阴极电催化剂，其中，阴极氧还原反应(Oxygen Reduction Reaction, ORR)动力学迟缓，所以为了加速氧还原反应，需要更多的催化剂。市面上最好的阴极电催化剂是铂催化剂，然而，由于铂价格昂贵，储量有限，且易中毒，因此，限制了燃料电池大规模商业化的应用，迫切需要开发出低成本、资源丰富、活性高、耐久性的非贵金属 ORR催化剂具有很重要的意义。

如授权公告号为CN 107112546 B的发明专利文献，公开了一种燃料电池用阴极催化剂层的制造方法。该方法包括以下工序：

对于含有亲水性基团的有序介孔碳进行热处理，以使所述有序介孔碳发生表面改性，并且所述经过热处理的有序介孔碳的表面具有疏水性；

将所述经过热处理的有序介孔碳与催化剂和离聚物一同分散于有机溶剂中，形成组合物；

以及将所述组合物涂覆于支撑膜上，并进行干燥；

其中，所述热处理在900 ℃至3000 ℃下实施30分钟至3个小时。

该方案是基于实现聚合物电解质型燃料电池商业化，通过减少铂用量来降低成本而提出的。但是，一旦铂用量减少，则会在功率和耐久性方面均造成不利。该发明通过上述技术方案有效解决了功率和耐久性方面的问题。

共价三嗪基有机聚合物(covalent triazine-based organic polymers ，CTPs)具有的特点是框架结构质量低、比表面积大、孔隙率高，结构刚性多样化等，因此在气体吸附、催化、光电子器件和能量存储等领域被深入研究。但由于CTPs合成原料昂贵、制备条件严格，CTPs在电化学领域的实际应用潜力受限。目前少有CTPs在燃料电池阴极材料方面应用的报道。

发明内容

本发明的目的在于解决现有燃料电池催化剂存在的活性低、稳定性差等问题，提出了一种铜多酚-三嗪超分子网络结构纳米复合材料。采用本发明方法制备的复合材料具有高电位、优异的极限电流以及优良的稳定性，并且拥有优秀的甲醇耐受性。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种铜多酚-三嗪超分子网络结构纳米复合材料的合成方法，包括以下步骤：

1）称取1,3,5-三嗪-2,4,6-三胺与饱和多元环酮，在超声下反应，离心后得到产物，将所得产物用易挥发的醇、醚或酯类溶剂洗涤并离心，真空干燥后获得共价三嗪基有机聚合物CTP；

2）将所述CTP分散在植物多酚溶液中，超声分散处理，制得CPT-多酚溶液；

3）将可溶性铜盐分散在植物多酚溶液中，超声分散处理，制得铜多酚溶液；合并所述铜多酚溶液和所述CPT-多酚溶液，使之反应；