一种调节碳-氮基单原子铁催化剂中的氮含量的方法技术

本发明专利技术公开了一种调节碳‑氮基单原子铁催化剂中的氮含量的方法，以不同种类的含N有机分子为C/N源，铁盐为Fe源，将所述含氮有机小分子和所述铁盐分散在有机溶剂中，搅拌使其反应，反应结束后除去溶剂后烘干，将得到的混合物在氮气气氛下进行高温热解(700‑1000℃)；对得到的产物进行酸化、离心、洗涤、干燥等多步处理，再将产物二次高温热解，即得氮含量可调的碳‑氮基单原子铁催化剂。本发明专利技术提供了一种简单有效的氮含量可调的碳‑氮基单原子铁催化剂制备方法，制备方法简单、经济，适合工业化大规模生产。

An adjusting method of nitrogen content carbon nitrogen based single atom in the iron catalyst

The invention discloses a method for adjusting the nitrogen content of carbon nitrogen based single atom iron catalyst in the N organic molecules with different types of C/N source, iron source for Fe, the nitrogen containing organic molecules and the salts dispersed in organic solvent, stirring the reaction, reaction. After removal of the solvent after drying, the mixture of high temperature pyrolysis under nitrogen atmosphere (700 1000 DEG C); acidification, centrifugation, washing and drying steps such as processing to the product, then the product of the two high temperature pyrolysis, the carbon nitrogen atom iron catalyst nitrogen content can be adjusted the. The invention provides a preparation of iron catalyst carbon nitrogen based single atom preparation method is a simple and effective nitrogen content can be adjusted, the preparation method is simple and economical, suitable for large-scale industrialized production.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于材料化学和能源电池
，更具体的，涉及了一种调节碳-氮基单原子铁催化剂中的氮含量的方法。
技术介绍
燃料电池是一种将物质中的化学能直接转化为电能的装置，阴极的氧还原过程是燃料电池重要的反应过程。由于阴极的氧还原过程会造成过高的过电位，从而降低了电池的性能。因此，为了提高电池的性能，科研工作者都在寻找和开发一种新型的燃料电池的阴极电极材料。目前，Pt以及合金催化剂是氧还原反应(ORR)最好的催化剂之一，但是，制备成本过高、容易中毒失活、过电位较高及稳定性不佳等限制了这类催化剂的大规模使用。解决这些问题的一个有效途径是设计和制备非铂基催化剂(如过渡金属氧化物、硫化物、碳化物催化剂，各种杂原子掺杂的碳材料催化剂等)，在众多类型的非铂基催化剂中，过渡金属和氮掺杂的碳催化剂(记作TM-N-C催化剂)被认为是非常有应用前景的ORR催化剂。近年来，研究者们对非贵金属单原子催化剂的催化位的结构和催化活性位点进行了仔细研究，研究发现催化剂中的氮能与过渡金属原子配位形成TM-N结构，而这些TM-N结构是TM-N-C催化剂的催化活性位。金属颗粒尺寸减小到原子尺寸时，其比表面积和表面能都本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种调节碳‑氮基单原子铁催化剂中的氮含量的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)选用不同的含氮有机小分子作为C/N源，铁盐为Fe源，将所述含氮有机小分子和所述铁盐分散在有机溶剂中，搅拌使其反应，反应结束后除去溶剂后烘干，得到混合物；(2)将步骤(1)中得到的混合物在氮气气氛下进行第一次高温热解，得到黑色固体；(3)将步骤(2)中得到的黑色固体进行酸化、离心、洗涤、干燥，得到固体；(4)将步骤(3)中得到的固体产物进行第二次高温热解，即得碳‑氮基单原子铁催化剂；当所述含氮有机小分子为甲基吡啶时，得到的碳‑氮基单原子铁催化剂的氮含量为0.5‑0.7％；当所述含氮有机小分子为2‑苯并咪唑基乙腈时，得...

【技术特征摘要】
1.一种调节碳-氮基单原子铁催化剂中的氮含量的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)选用不同的含氮有机小分子作为C/N源，铁盐为Fe源，将所述含氮有机小分子和所述铁盐分散在有机溶剂中，搅拌使其反应，反应结束后除去溶剂后烘干，得到混合物；(2)将步骤(1)中得到的混合物在氮气气氛下进行第一次高温热解，得到黑色固体；(3)将步骤(2)中得到的黑色固体进行酸化、离心、洗涤、干燥，得到固体；(4)将步骤(3)中得到的固体产物进行第二次高温热解，即得碳-氮基单原子铁催化剂；当所述含氮有机小分子为甲基吡啶时，得到的碳-氮基单原子铁催化剂的氮含量为0.5-0.7％；当所述含氮有机小分子为2-苯并咪唑基乙腈时，得到的碳-氮基单原子铁催化剂的氮含量为0.75-0.9％；当所述含氮有机小分子为N-甲基咪唑时，得到的碳-氮基单原子铁催化剂的氮含量为0.95-1.3％；当所述含氮有机小分子为2-氨基嘧啶时，得到的碳-氮基单原子铁催化剂的氮含量为1.4-1.6％。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述铁盐选自为六水合氯化铁、九水合硝酸铁或或硫酸铁中的一种或多种，所述的含氮有机小分子与铁盐的摩尔比为13～2：1。3.根据权利要求1所述的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡耀娟，蔡称心，刘正，吴萍，高源，
申请(专利权)人：南京师范大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32