[发明专利]一种氮/过渡金属共掺杂多级孔碳氧还原催化剂及其制备方法和应用

摘要

本发明涉及一种氮/过渡金属共掺杂多级孔碳氧还原催化剂及其制备方法和应用，原料包括：质量含量为10～60％的模板剂、质量含量为5～60％的含氮高聚物和质量含量为15～40％的过渡金属盐。方法包括：将含氮高聚物、模板剂和过渡金属盐分别溶于溶剂中，得到的含氮高聚物溶液、模板剂溶液和过度金属盐溶液在搅拌条件下混合，干燥，得到前驱体，然后焙烧，得到催化剂中间体；将催化剂中间体碱洗处理和酸洗处理，再次焙烧，即得。本发明的制备方法操作简单，成本低，产率高，极大减少了对贵金属Pt的依赖，克服了非贵金属催化剂的使用所带来的腐蚀问题；对于金属空气电池和液流电池具有广阔的应用前景。

主权项

1.一种氮/过渡金属共掺杂多级孔碳氧还原催化剂的制备方法，包括：(1)将含氮高聚物[聚季铵化(双(2‑氯乙基)醚‑alt‑1,3‑双[3‑(二甲氨基)丙基]脲PQ‑2，粒径为500nm二氧化硅粉末和过渡金属盐FeSO4用1摩尔每升的盐酸分别配置成质量分数分别为5％的PQ‑2溶液、10％的SiO2溶液和40％的FeSO4溶液，称取34.38g 40％的FeSO4溶液、125g 5％的PQ‑2溶液和50g 10％的SiO2溶液在搅拌条件下直接混合均匀，后于85℃烘箱内干燥过夜，并研成粉末，得催化剂前驱体；(2)将上述前驱体置于石英舟中，在N2气氛保护下以10℃/min升温速率升高至800℃条件下焙烧还原处理90min，得到碳化后的催化剂中间体；(3)将碳化后的催化剂中间体用过量的质量分数为12％的NaOH溶液在60℃下碱洗48h，抽滤、去离子水清洗后干燥，得一次氮/Fe共掺杂多级孔碳材料；(4)将上述一次氮/Fe共掺杂多级孔碳材料用过量的浓度为0.5M的硫酸于85℃下酸洗处理10h，抽滤、去离子清洗后干燥，并再次在惰性气体气氛保护下升温至800℃焙烧还原处理90min，得到氮/Fe共掺杂多级孔碳氧还原催化剂N‑Fe‑HPC。