一种生物胶固氮掺杂多孔碳的制备方法及其应用技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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；此发明专利技术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。

Preparation and Application of Nitrogen Fixation Doped Porous Carbon by Biogel

The invention discloses a preparation method and application of nitrogen-fixing biogel doped porous carbon material. The nitrogen-doped porous carbon material takes green jade tree and biogel as raw materials, dissolves the pretreated green jade tree carbon powder, biogel, potassium hydroxide, potassium bicarbonate and melamine into water and mixes evenly, carries out high-temperature carbonization, and then pickles and dries to obtain the final electrocatalytic material. The nitrogen-doped porous carbon material prepared by the invention has excellent electrochemical performance and can be used as cathodic oxygen reduction reaction electrocatalyst material of fuel cell. The invention uses emerald tree and bioglue as raw materials, potassium hydroxide and potassium bicarbonate as activators, and melamine as nitrogen dopant to realize simultaneous activation process and nitrogen doping. Oxygen reduction electrocatalysts prepared by this method have good electrochemical performance and wide application prospects in the field of fuel cells.

【技术实现步骤摘要】
一种生物胶固氮掺杂多孔碳的制备方法及其应用
本专利技术属于无机纳米材料及电化学领域，涉及到一种氮掺杂多孔碳材料，具体涉及到一种生物胶固氮掺杂多孔碳的制备方法及其在燃料电池阴极中的应用。
技术介绍
随着人类文明的进步以及科学技术的快速发展，石油、煤、天然气等化石能源在全球范围内过度消耗，传统能源日益枯竭，全球面临日益严峻的能源危机和严重的环境问题。为了延续人类文明并保持科技的良性发展，寻找绿色、清洁、可持续的新能源已经成为全人类的首要任务。燃料电池作为一种可固定也可移动的发电装置，能够将其存储的燃料和化学能直接转化成电能，却不会对环境造成污染。因此，燃料电池被认为是21世纪最为理想的发电装置。在燃料电池阴极反应中，大部分采用铂基催化剂用于催化，但是铂基催化剂易被毒化、稳定性差，并且生产成本和使用成本都很高，严重的阻碍了燃料电池的大规模发展应用。为此，我们开始寻找并研究能够大规模推广应用、可靠性高、稳定性强、抗毒化能力强、成本低的新型催化剂。非金属杂原子掺杂的生物质多孔碳基材料就是一种极具前景的催化材料。生物质碳基材料拥有极广的原料来源，价格低廉，更为重要的是，大多数农林废弃物都可以作为本文档来自技高网...

【技术保护点】
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...

【技术特征摘要】
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2h，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100mL水中，加热至85～90℃，搅拌转速为300～500rpm，溶解混匀处理5～10min，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300～500rpm，处理5～10min，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300～500rpm，处理5～10min，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300～500rpm，处理5～10min，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12～24h，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2h，得到二次碳材料；（9）将二次碳材料在40-55℃、搅拌转速300～500rpm条件下，用1mol/L稀盐酸溶液酸洗1-3h，然后过滤、水洗至中性，最后将其放入70～90℃烘箱中烘干12～24h，得到最终的氮掺杂多孔碳材料。2...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐朗，魏仕林，王会芬，张文都，白沛瑶，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32