一种基于MOF-5的Fe/N/C氧还原催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种基于MOF‑5的Fe/N/C氧还原催化剂及其制备方法和应用，本发明专利技术首先合成MOF‑5前驱体，然后通过阳离子交换在MOF‑5骨架中掺入铁得到Fe/Zn‑MOF‑5，最后将Fe/Zn‑MOF‑5加入到含氮化合物的N,N‑二甲基甲酰胺溶液中得到均匀分散的混合材料，最后在高温碳化，得到黑色粉末状碳材料，无需进一步后处理，即得到铁，氮共掺杂碳基催化剂，即基于MOF‑5的Fe/N/C氧还原催化剂。本发明专利技术材料简单易得，成本较低，所制备的催化剂氧还原催化活性高，具备较好的稳定性，甲醇耐受性，能够取代贵金属Pt/C催化剂作为催化材料应用于燃料电池或者金属空气电池，具有广阔的应用前景和实用价值。

A Fe / N / C oxygen reduction catalyst based on MOF-5 and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种基于MOF-5的Fe/N/C氧还原催化剂及其制备方法和应用
本专利技术涉及催化剂
，尤其涉及一种基于MOF-5的Fe/N/C氧还原催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
能源与环境之间的平衡是当今社会面临的最关键问题，迫切需要在世界范围内广泛使用清洁和绿色能源。另一方面，能量的利用正经历从“燃烧”到“能量转换”的过程，这可以通过突破卡诺极限来大大提高能源效率。因此，有效的能量转换技术的发展一直是科学
的重点。燃料电池代表了最有前途的能量转换设备之一，具有完全清洁的排放和高能量转换效率。在现代社会中，燃料电池作为移动电话，电子设备和其他便携式设备的替代电源，其竞争力越来越强。但是，阴极处的ORR动力学较慢，即使使用Pt催化剂也要慢将近五个数量级。ORR是一个复杂的反应，涉及具有复杂机理的四个电子转移，这些机理与含氧中间体的许多吸附，离解，重组和解吸有关。尽管在CCDC(剑桥晶体数据中心)注册的MOF数量已经超过20,000，并且还在不断增加，但只有少数MOF被视为前体。与沸石拓扑结构中的ZIF-8相比，MOF-5具有基于3D本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于MOF-5的Fe/N/C氧还原催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)将10-15mmol对苯二甲酸、0.15-0.2mmol聚乙烯吡咯烷酮、3-4mmol三乙胺、300-500mL无水N,N-二甲基甲酰胺和150-200mL无水乙醇加入到容器中，升温至120-130℃，搅拌至全溶得到反应液A；同时取25-35mmol六水合硝酸锌加入20-30mL无水N,N-二甲基甲酰胺中，超声至全溶得到溶液B；将得到的溶液B加入到反应液A中高温搅拌反应；缓慢冷却至室温，离心取固体，洗涤，真空干燥得到白色固体MOF-5；/n(2)在惰性气体保护下，取3.5-4.5mmol MOF-5...

【技术特征摘要】
1.一种基于MOF-5的Fe/N/C氧还原催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将10-15mmol对苯二甲酸、0.15-0.2mmol聚乙烯吡咯烷酮、3-4mmol三乙胺、300-500mL无水N,N-二甲基甲酰胺和150-200mL无水乙醇加入到容器中，升温至120-130℃，搅拌至全溶得到反应液A；同时取25-35mmol六水合硝酸锌加入20-30mL无水N,N-二甲基甲酰胺中，超声至全溶得到溶液B；将得到的溶液B加入到反应液A中高温搅拌反应；缓慢冷却至室温，离心取固体，洗涤，真空干燥得到白色固体MOF-5；
(2)在惰性气体保护下，取3.5-4.5mmolMOF-5，1.5-2.5mmol六水合四氟硼酸亚铁加入150-200mL无水N,N-二甲基甲酰胺中，搅拌，离心取固体，洗涤，真空干燥得到淡黄色粉末状固体Fe/Zn-MOF-5；
(3)取1-1.5gFe/Zn-MOF-5在高温下真空抽干，冷却至室温，在惰性气体保护下，加入到200-250mL含有0.5-1.5g含氮化合物的N,N-二甲基甲酰胺溶液中，搅拌下进行超声，离心取固体，洗涤，真空干燥得到淡黄色固体；
(4)将粉末状固体在惰性气体下碳化，得到基于MOF-5的Fe/N/C氧还原催化剂。


2.根据权利要求1所述的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：诸海滨，黄佳维，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32