The invention discloses a method for preparing nitrogen doped ordered ordered mesoporous carbon catalyst and its application in proton exchange membrane fuel cell. The catalyst is mixed by two yuan to three template method, block copolymer as soft template, one or more Y type molecular sieve, molecular sieve MCM-41 or ZSM-5 molecular sieve as a hard template, using soluble resin as carbon source, adding a transition in the process of preparation of gold salt, in situ the introduction of transition metal elements, at the same time by introducing nitrogen ammonia atmosphere roasting. The nitrogen doped ordered hierarchical ordered mesoporous structure of mesoporous carbon materials with soft template induced (3-5nm) through three-dimensional mesoporous structure and hard template etching (10-50nm), with high active surface and excellent mass transfer performance, show excellent electrocatalytic performance for oxygen reduction and good electrochemical stability. The carbon material of the invention for the first time realizes the application of the two yuan mixed template method in the preparation of the carbon based catalyst for oxygen reduction, and has the advantages of good technical repeatability, low cost and environmental friendliness.
【技术实现步骤摘要】
氮掺杂有序分级介孔碳催化剂的制备及其碳催化剂和应用
本专利技术涉及燃料电池
,具体是一种氮掺杂有序分级介孔碳催化剂在质子交换膜燃料电池中的应用。
技术介绍
燃料电池具有响应速度快、能量转换效率高、能量密度高且环保无污染等优点,其在移动电源、固定电站、分散式电站以及军用电源等领域具有光明的应用前景。经过研究者几十年的努力,燃料电池的关键材料得到突破,获得了长足的发展。然而,目前燃料电池却始终没有得到大规模的商业化应用,其昂贵的成本是一个重要的原因。作为燃料电池的关键材料之一,铂基催化剂由于其资源稀少,成本昂贵,成为了阻碍燃料电池产业化进程的重要因素。因此,为了降低催化剂成本,实现燃料电池的商业化,研究开发廉价的非贵金属催化剂是一条必经之路。碳纳米材料在分子纳米尺度上具有十分独特的催化作用,在许多领域表现出了应用价值,引起了科研工作者的高度重视。近些年的研究表明,碳材料引入杂原子(如氮原子、磷原子、硫原子等)后,材料在氧还原反应中表现出较高的催化活性。研究者们认为掺杂的杂原子改变了碳纳米材料的微观结构和表面电子态,削弱了氧分子的O-O键,从而发生氧还原反应。与此同时,研究者们发现,碳材料根据其比表面与孔结构的不同,催化活性表现出较大差异。因此开发具有高比表面及适宜孔结构的杂原子掺杂纳米碳材料用作高性能燃料电池催化剂成为研究热点之一。有序介孔碳材料由于具有高导电性、高比表面、高稳定性及孔结构可调控等特性,在催化剂应用领域越来越受到研究者们的关注。同时,通过软模板诱导自组装的制备工艺,实现了杂原子的原位引入和孔结构调控,制备工艺简单、重复性好。因此,杂原子改 ...
【技术保护点】
氮掺杂有序分级介孔碳催化剂的制备方法,其特征在于:其所述氮掺杂有序分级介孔碳催化剂的具体制备方法如下:(1)取间苯二酚或苯酚放入容器中,在30—50℃恒温水浴中搅拌10—40min,使其融化得到溶液A;(2)将质量分数为10—20wt.%的NaOH溶液加入到上述溶液A中,保持50℃水浴搅拌均匀,得到溶液B,其中间苯二酚或苯酚与NaOH的摩尔比为15:1—5:1;(3)向溶液B中加入质量分数10—40wt.%的甲醛溶液,其中间苯二酚或苯酚和甲醛的摩尔比为1:5—1:1,调节水浴温度至40—80℃,持续搅拌0.5—4h,制备得到可溶性酚醛树脂溶胶C;(4)取出溶胶C,冷却至室温后用0.5—2M盐酸调节溶液至PH=7或8,得到树脂溶液D;(5)将树脂溶液D放入真空干燥箱中,除去水分,得到的树脂凝胶经乙醇稀释后离心除去析出的NaCl,最终获得质量分数为10‑50wt.%的树脂预聚体乙醇溶液E;(6)取三嵌段共聚物F127或P123溶于乙醇中,在30—50℃恒温水浴中搅拌均匀,得到溶液F,其中F127或P123在溶液中的质量分数为2—10wt.%;(7)向溶液F中加入树脂预聚体乙醇溶液E,保持3 ...
【技术特征摘要】
1.氮掺杂有序分级介孔碳催化剂的制备方法,其特征在于:其所述氮掺杂有序分级介孔碳催化剂的具体制备方法如下:(1)取间苯二酚或苯酚放入容器中,在30—50℃恒温水浴中搅拌10—40min,使其融化得到溶液A;(2)将质量分数为10—20wt.%的NaOH溶液加入到上述溶液A中,保持50℃水浴搅拌均匀,得到溶液B,其中间苯二酚或苯酚与NaOH的摩尔比为15:1—5:1;(3)向溶液B中加入质量分数10—40wt.%的甲醛溶液,其中间苯二酚或苯酚和甲醛的摩尔比为1:5—1:1,调节水浴温度至40—80℃,持续搅拌0.5—4h,制备得到可溶性酚醛树脂溶胶C;(4)取出溶胶C,冷却至室温后用0.5—2M盐酸调节溶液至PH=7或8,得到树脂溶液D;(5)将树脂溶液D放入真空干燥箱中,除去水分,得到的树脂凝胶经乙醇稀释后离心除去析出的NaCl,最终获得质量分数为10-50wt.%的树脂预聚体乙醇溶液E;(6)取三嵌段共聚物F127或P123溶于乙醇中,在30—50℃恒温水浴中搅拌均匀,得到溶液F,其中F127或P123在溶液中的质量分数为2—10wt.%;(7)向溶液F中加入树脂预聚体乙醇溶液E,保持30—50℃恒温水浴中搅拌均匀,得到溶液G,其中树脂预聚体与三嵌段共聚物F127或P123的质量比为1:0.4-1:4;(8)向溶液G中依次加入过渡金属盐和分子筛,搅拌1-4h,其中树脂预聚体与过渡金属盐的质量比为1:0.04-1...
【专利技术属性】
技术研发人员:张华民,邓呈维,钟和香,李先锋,张桃桃,
申请(专利权)人:中国科学院大连化学物理研究所,
类型:发明
国别省市:辽宁,21
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