The invention relates to a non-metallic carbon-based oxygen reduction catalyst with graded pore and DOUBLE-DOPING of nitrogen and sulfur and its preparation, belonging to the technical field of catalysts. A kind of organic polymer with uniform distribution of nitrogen, sulfur and carbon was synthesized by a simple method, and then calcined at high temperature. At the same time, the carbonization, nitridation and sulfidation processes were completed to prepare Nitrogen-Sulfur double-doped graded porous carbon materials. The material has a hierarchical pore structure without template. It has large specific surface area, simple synthesis method, easy access to raw materials, low cost, and high catalytic activity and good stability for oxygen reduction reaction. It has wide application prospects in metal-air battery, renewable fuel cell and other fields.
【技术实现步骤摘要】
一种具有分级孔、氮硫双掺杂非金属碳基氧还原催化剂及制备
本专利技术涉及氮硫双掺杂、具有分级孔的非金属碳基氧还原催化材料的制备方法,具体涉及一种利用含碳、氮、硫的材料作为反应物,然后经前聚合和高温煅烧热解的方法获得具有氧还原催化性能的碳材料电催化剂,在金属-空气电池、可再生燃料电池等领域具有广阔的应用前景,属于催化剂
技术介绍
金属-空气电池具有超高的能量密度被认为是最有发展前景的能源存储与转换装置之一。金属-空气电池是以轻质金属作为负极活性物质,以空气中的氧气作为正极活性物质,氧气通过气体扩散电极到达气-液-固三相界面与金属负极反应而放出电能。阴极电化学氧还原反应的缓慢动力学是影响金属-空气电池性能的关键因素,因此需要氧还原反应催化剂进行催化。目前金属-空气电池正极氧电极催化剂以Pt、Ru、Au等贵金属及其合金为主。贵金属如Pt/C,IrO2/C等虽然催化性能高,但是价格昂贵、资源稀缺、稳定性差,从而限制了其商业化发展与应用。研究表明功能化后的碳材料可以催化氧还原反应的进行,通过掺杂氮、硫杂原子制备出的碳材料非金属催化剂不仅具有良好的催化效果,而且原料成本低且易得,稳定性好,杂原子掺杂的碳材料催化剂因此成为了氧还原催化剂的重要研究方向。然而,掺杂量低,掺杂源不均匀分布制约了碳材料催化剂性能的进一步提高。
技术实现思路
本专利技术所解决的技术问题是:通过成碳前驱体的分子级设计,将氮源、硫源和碳源均匀的分布于前驱体中,有效解决了掺杂元素分布不均匀的难题。同时通过成碳前驱体的结构设计,提高掺杂型碳材料的孔隙率与比表面积。有机聚合物经高温碳化获得了同时具有高 ...
【技术保护点】
1.一种具有分级孔、氮硫双掺杂非金属碳基氧还原催化剂的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1)使用氮源、硫源、碳源直接合成含有氮、硫、碳均匀分布的的有机聚合物材料,称取一定量的氮源、硫源、碳源,混合并分散于溶剂中,加入催化剂,待溶剂蒸干,然后转移到反应容器中升到一定温度保持一段时间聚合获得含碳、氮、硫的有机聚合物材料;步骤2)将合成的含碳、氮、硫的有机聚合物材料转移到瓷舟中,并放入高温管式炉中高温煅烧一段时间,自然冷却即获得氮硫双掺杂非金属碳基氧还原催化剂。
【技术特征摘要】
1.一种具有分级孔、氮硫双掺杂非金属碳基氧还原催化剂的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1)使用氮源、硫源、碳源直接合成含有氮、硫、碳均匀分布的的有机聚合物材料,称取一定量的氮源、硫源、碳源,混合并分散于溶剂中,加入催化剂,待溶剂蒸干,然后转移到反应容器中升到一定温度保持一段时间聚合获得含碳、氮、硫的有机聚合物材料;步骤2)将合成的含碳、氮、硫的有机聚合物材料转移到瓷舟中,并放入高温管式炉中高温煅烧一段时间,自然冷却即获得氮硫双掺杂非金属碳基氧还原催化剂。2.按照权利要求1所述的一种具有分级孔、氮硫双掺杂非金属碳基氧还原催化剂的制备方法,其特征在于,步骤1),所述硫源为选自1,3,5-苯三硫酚、三聚硫氰酸、2,5-二氨基-1,4-苯二噻吩二盐酸盐中的一种、两种或两种以上;步骤1)中所述氮选自三聚氯腈、三聚硫氰酸、三聚氰胺的一种、两种或两种以上;步骤1),所述碳源为环糊精、碳纳米管、石墨烯中的一种、两种或两种以上。3.按照权利要求2所述的一种具有分级孔、氮硫双掺杂非金属碳基氧还原催化剂的制备方法,其特征在于,步骤1),硫源、氮源和碳源的物质的量之比范围为(10-30):(10-30):1,优选(12-20):(12-20):1,更优选(13-15):(13-15):1。4.按照权利要求2所述的一种具有分级孔、氮硫双掺杂非金属碳基氧还原催化剂的制备方法,其特征在于,步骤1),所述的溶剂优选为水去离子水、乙醇中的一种或两种;催...
【专利技术属性】
技术研发人员:程元徽,王雅岚,黄海丽,郭银建,向中华,
申请(专利权)人:北京化工大学,
类型:发明
国别省市:北京,11
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