一种双层级多孔Fe-N共掺杂碳材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种双层级多孔Fe‑N共掺杂碳材料，由正硅酸乙酯、非离子表面活性剂、间苯二酚、甲醛，经混合溶解、水热反应制得硅模板/酚醛树脂，低温碳化去除硅模板后，与金属盐无机物、三聚氰胺混合煅烧，酸浸，质子化酚醛树脂，去除不稳定和不活跃的物质，最后经高温碳化制得。所得材料具有双层多孔的结构。其制备方法包括以下步骤：1）硅模板/酚醛树脂的制备；2）硅模板的去除；3）Fe‑N共掺杂碳材料的制备；4）Fe‑N共掺杂碳材料的预处理；5）双层级多孔Fe‑N共掺杂碳材料的制备。作为氧还原型催化剂材料的应用，起始电位为−0.95~0.0 V，半波电位为−0.25~−0.15 mV，极限电流密度为−1.1~−0.95 mA cm

【技术实现步骤摘要】
一种双层级多孔Fe-N共掺杂碳材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及铁碳复合材料
，具体涉及双层级多孔Fe-N共掺杂碳材料及其制备方法和应用。
技术介绍
目前，为解决能源危机和环境问题，燃料电池因其能量密度高，转化效率高，无污染等特点，成为研究的热点。氧还原反应在燃料电池中起着重要作用，由于氧还原反应的缓慢和过电位，因此有必要找到有效的电催化剂来降低过电位，改善缓慢的氧还原反应过程。众所周知，Pt和Pt基材料被认为是最有效的氧还原催化剂。然而，Pt价格昂贵且容易被CO中毒，严重阻碍了其在燃料电池中的商业化发展。Fe-N-C催化剂已被广泛研究并被认为是有希望替代贵金属催化剂的候选者，因为它们具有高催化活性和优异的耐久性。氮原子具有与碳原子相似的半径尺寸，因此，氮掺杂后，周围碳的强共价键键能的改变，可有效地调整活性位点的化学性质。目前过渡金属及氮掺杂碳材料的制备方法一般是将过渡金属盐、含氮有机物和碳前躯体进行直接高温锻烧，上述制备方法虽然工艺简单，但却存在易团聚、低表面积和不易重复等缺点。雷刚等提出了一种制备铁氮共掺杂石墨烯碳气凝胶（Fe-C−GCA）催化剂的方法，即利用少量的三聚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双层级多孔Fe‑N共掺杂碳材料，其特征在于：由正硅酸乙酯、非离子表面活性剂、间苯二酚、甲醛，经混合溶解、水热反应、过滤、洗涤、干燥得硅模板/酚醛树脂，低温碳化去除硅模板后，与金属盐无机物、三聚氰胺混合溶解干燥煅烧，然后经酸浸，质子化酚醛树脂，去除不稳定和不活跃的物质、高温碳化、洗涤、干燥制得，所得材料具有双层多孔的结构。

【技术特征摘要】
1.一种双层级多孔Fe-N共掺杂碳材料，其特征在于：由正硅酸乙酯、非离子表面活性剂、间苯二酚、甲醛，经混合溶解、水热反应、过滤、洗涤、干燥得硅模板/酚醛树脂，低温碳化去除硅模板后，与金属盐无机物、三聚氰胺混合溶解干燥煅烧，然后经酸浸，质子化酚醛树脂，去除不稳定和不活跃的物质、高温碳化、洗涤、干燥制得，所得材料具有双层多孔的结构。2.根据权利要求1所述双层级多孔Fe-N共掺杂碳材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1）硅模板/酚醛树脂的制备，利用硬模板法和软模板法，将正硅酸乙酯、非离子表面活性剂和间苯二酚、甲醛依次溶解到去离子水、乙醇、氨水中，在一定条件下反应后，经过滤、洗涤、干燥得到硅模板/酚醛树脂；步骤2）硅模板的去除，将步骤1所得硅模板/酚醛树脂在低温条件下碳化，得到去除硅模板的前驱体；步骤3）Fe-N共掺杂碳材料的制备，金属盐无机物、三聚氰胺，按一定质量比，与步骤2所得去除硅模板的前驱体依次加入到去离子水中搅拌溶解，干燥后，在一定条件下煅烧分解，得到Fe-N共掺杂碳材料；步骤4）Fe-N共掺杂碳材料的预处理，将步骤3所述制备的Fe-N共掺杂碳材料酸浸，进行质子化处理，并去除不稳定和不活跃的物质后，经抽滤干燥得到双层级多孔Fe-N共掺杂碳材料的前驱体；步骤5）双层级多孔Fe-N共掺杂碳材料的制备，将步骤4所述制备的双层级多孔Fe-N共掺杂碳材料前驱体在高温条件热解，最后洗涤、过滤、干燥、研磨得到双层级多孔Fe-N共掺杂碳材料。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1）利用的硬模板法和软模板...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱树君，高薇，褚海亮，彭洪亮，徐芬，孙立贤，李泽豪，梁欢标，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：广西,45