一种无金属碳基电催化剂及制备方法和应用技术

本发明专利技术属于电化学和新能源领域，具体涉及一种无金属碳基电催化剂及制备方法和应用。本发明专利技术一种无金属氮掺杂碳基电催化材料的制备方法，利用两种有机配体作为氮源和碳源，在室温下通过一锅法反应合成金属有机骨架作为前驱体，进一步通过惰性气氛下高温热解合成出无金属碳基电催化材料。本发明专利技术可作为电催化剂在电化学析氢反应、析氧反应和氧还原反应中应用。也可应用于可充放电锌空气电池空气阴极。无金属碳基电催化剂拥有多催化活性位点，所制备的三功能催化材料拥有丰富的C‑N

A metal free carbon based electrocatalyst and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种无金属碳基电催化剂及制备方法和应用
本专利技术属于电化学和新能源领域，具体涉及一种无金属碳基电催化剂及制备方法和应用。
技术介绍
当前，世界能源消耗还是以石油、煤炭、天然气等矿物能源为主，破坏生态环境的同时还面临能源枯竭的严峻问题。节能减排、能源转型已成为人类可持续发展的必经之路。寻求高效、绿色、可持续和安全的能源变得越来越紧迫。金属空气电池是新一代的绿色二次电池，具有成本低、无污染、比功率高、比能量高等优点，既有丰富的资源，还能再生利用，具有很好的发展和应用前景。在金属空气电池中，正极反应在放电和充电过程中分别涉及氧还原(ORR)和氧析出(OER)反应。水电解制氢是另一种高效和清洁的能源技术，可以产生纯度高的氢气，它由两个半反应组成：阴极上的析氢反应(HER)产生H2，阳极上的析氧反应(OER)产生O2。在当前的实际应用中，铂基催化剂仍然是ORR/HER的高效催化剂，而铱和钌基催化剂是优异的OER催化剂，然而成本高、贵金属稀缺、长期稳定性差、易中毒等缺陷严重限制了这些贵金属催化剂的大规模商业应用。因此，近十年来，人们一直致力于发展可用于催本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无金属氮掺杂碳基电催化材料，其特征在于：包括以下组份：C元素含量为90～92％，N元素含量为4～5％，O元素含量为4～5％。/n

【技术特征摘要】
1.一种无金属氮掺杂碳基电催化材料，其特征在于：包括以下组份：C元素含量为90～92％，N元素含量为4～5％，O元素含量为4～5％。


2.一种无金属氮掺杂碳基电催化材料的制备方法，其特征在于：利用两种有机配体作为氮源和碳源，在室温下通过一锅法反应合成金属有机骨架作为前驱体，进一步通过惰性气氛下高温热解合成出无金属碳基电催化材料。


3.根据权利要求2所述的一种无金属氮掺杂碳基电催化材料的制备方法，其特征在于：所述利用两种有机配体作为氮源和碳源，在室温下通过一锅法反应合成金属有机骨架作为前驱体，进一步通过惰性气氛下高温热解合成出无金属碳基电催化材料，具体包括如下步骤：
步骤1，ZN-50前驱体的制备：将含有Zn(NO3)2的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液快速倒入含有苯并咪唑和腺嘌呤混合配体的甲醇溶液中，室温下搅拌，离心收集沉淀，真空干燥过夜得到白色粉末，即为ZN-50前驱体；
步骤2，C-ZN-50电催化剂的制备：将ZN-50前驱体放入管式炉中心，设置管式炉温度为950℃，通入惰性气体保护，碳化后在惰性气氛下自然冷却至室温，得到黑色产品，将得到的黑色产品浸泡在王水中，用去离子水清洗到中性，然后再在浓硝酸中浸泡，去除可能存在的锌离子，同样用去离子水清洗到中性，真空干燥得到无金属碳基C-ZN-50材料，即为无金属氮掺杂碳基电催化材料。


4.根据权利要求3所述的一种无金属氮掺杂碳基电催化材料的制备方法，其特征在于：所述步骤1中苯并咪唑和腺嘌呤混合配体的甲醇溶液制备方法具体为：将苯并咪唑和腺嘌呤以摩尔比1:1同时溶解于甲醇溶液中，即可制得。


5.根据权利要求3所述的一种无金属氮掺杂碳基电催化材料的制备方法，其特征在于：所述Zn(NO3)2、苯并...

【专利技术属性】
技术研发人员：王俊豪，石淼婕，张莹，张献明，
申请(专利权)人：山西大学，
类型：发明
国别省市：山西;14