[发明专利]一种多原子掺杂铁基催化剂及其制备方法

说明书

本发明涉及纳米材料技术领域，为了解决现有的制备方法制备所得的铁基催化剂存在负载量低、ORR性能不佳的问题，公开了一种多原子掺杂铁基催化剂及其制备方法，所述一种多原子掺杂铁基催化剂的制备方法，包括以下步骤：将硼酸溶解于乙醇水溶液中，混匀得到溶剂。本发明以硼酸作为酸性体系，在酸性条件下有利于铁元素实现原位配位，在碳化过程中易于形成铁纳米团簇或铁单原子的结构，本发明的制备方法具备绿色经济、高效、可大规模合成的优点；制备所得的多原子掺杂铁基催化剂中，B、C、N、Fe等元素均匀分布在纳米微球结构中，即本发明制备所得的多原子掺杂铁基催化剂具备较高的负载量、具备优异的ORR性能。

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，尤其涉及一种多原子掺杂铁基催化剂及其制备方法。

背景技术

金属单原子催化剂材料基于其原子利用效率高、分散性好、均匀且可控的金属活性位点、优异的选择性和高稳定性等优点，展现出较为理想的催化性能。

然而，现有的金属单原子催化剂的制备方法，在制备铁基催化剂时，制备所得的铁基催化剂存在负载量低、ORR性能不佳的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种多原子掺杂铁基催化剂及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种多原子掺杂铁基催化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将硼酸溶解于乙醇水溶液中，混匀得到溶剂；

步骤2：向步骤1中所得的溶剂中依次添加聚醚F127、3-氨基苯酚和六亚甲基四胺，搅拌并升温至80℃，在80℃条件下反应8h后停止加热，得到反应液；

步骤3：将步骤2中所得反应液静置后，取上层悬浮液进行离心，去除离心产生的上清液，收集离心得到的固体产物A；

步骤4：将固体产物A分别用乙醇和去离子水清洗后，转移至FeCl₃·6H₂O溶液中，室温条件下浸渍后，再抽滤，收集抽滤得到的固体产物B，并干燥；

步骤5：将干燥后的固体产物B高温煅烧，得到多原子掺杂铁基催化剂。

优选的，步骤1中，乙醇水溶液中乙醇和水的体积比为1：6。

优选的，步骤1得到的溶剂中，硼酸的浓度为0.2、0.5和1.0mol/L中的一种。

优选的，步骤4中，FeCl₃·6H₂O溶液的浓度为0.25mol/L；

固体产物A在FeCl₃·6H₂O溶液浸渍时长为2h。

优选的，步骤4中，固体产物B的干燥方法为：将固体产物B置于80℃烘箱干燥6h。

优选的，步骤5中，固体产物B的煅烧方法为：将固体产物B置于箱式炉中，在氮气氛围下以1℃/min的升温速率加热至410℃保持2h；再以5℃/min的升温速率加热至800℃保持2h。

上述的多原子掺杂铁基催化剂的制备方法制备所得的多原子掺杂铁基催化剂。

本发明以硼酸作为酸性体系，在酸性条件下有利于铁元素实现原位配位，在碳化过程中易于形成铁纳米团簇或铁单原子的结构，本发明的制备方法具备绿色经济、高效、可大规模合成的优点。

本发明制备所得的多原子掺杂铁基催化剂中，B、C、N、Fe等元素均匀分布在纳米微球结构中，即本发明制备所得的多原子掺杂铁基催化剂具备较高的负载量、具备优异的ORR性能。

附图说明

图1为本发明实施例制备所得的多原子掺杂铁基催化剂的扫描电镜图；