[发明专利]一种生物胶固氮掺杂多孔碳的制备方法及其应用

摘要

本发明公开了一种生物胶固氮掺杂多孔碳的制备方法及其应用，该氮掺杂多孔碳材料以绿玉树和生物胶为原料，将预处理过后的绿玉树碳粉、生物胶、氢氧化钾、碳酸氢钾和三聚氰胺溶于水混合均匀后进行高温碳化，然后经过酸洗、烘干得到最终的电催化材料。本发明制得的氮掺杂多孔碳材料具有优异的电化学性能，可以用作燃料电池的阴极氧还原反应电催化剂材料；此发明使用绿玉树和生物胶为原料，以氢氧化钾和碳酸氢钾作为活化剂，以三聚氰胺为氮掺杂剂，实现活化过程和氮掺杂同步完成，此方法制备步骤简单，成本低，用其制备的氧还原反应电催化剂具有良好的电化学性能，在燃料电池领域有着广泛的应用前景。

主权项

1.一种生物胶固氮掺杂多孔碳材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）预处理：将新鲜的绿玉树置于400℃管式炉中，在惰性气体条件下碳化处理2 h，材料自然冷却至室温后，球磨处理得到预处理碳材料；（2）按照质量比1～3：1～3：1～3：1～3：1～3分别称取预处理碳材料、生物胶、三聚氰胺、氢氧化钾、碳酸氢钾；（3）将称好的三聚氰胺溶于100 mL水中，加热至85～90℃，搅拌转速为300～500 rpm，溶解混匀处理5～10 min，得到初次溶解液；（4）将称好的预处理碳材料与氢氧化钾同时加入到初次溶解液中，保持温度在85～90℃，搅拌转速为300～500 rpm，处理5～10 min，得到二次溶解液；（5）将称好的生物胶加入到二次溶解液中，保持温度在85～90℃，搅拌转速为300～500 rpm，处理5～10 min，得到三次溶解液；（6）将三次溶解液停止搅拌，降温冷却至55～65℃，然后加入称量好的碳酸氢钾，保持温度在55～65℃，搅拌转速为300～500 rpm，处理5～10 min，得到最终溶解液；（7）将溶解液自然冷却至室温，待溶液凝固后放入70～90℃烘箱中烘干12～24 h，得到混合碳基材料；（8）将混合碳基材料移至管式炉中，在惰性气体条件下于700～900℃碳化2 h，得到二次碳材料；（9）将二次碳材料在40‑55℃、搅拌转速300～500 rpm条件下，用1 mol/L稀盐酸溶液酸洗1‑3 h，然后过滤、水洗至中性，最后将其放入70～90℃烘箱中烘干12～24 h，得到最终的氮掺杂多孔碳材料。