一种Fe-N-C催化剂及其制备和应用制造技术

本发明专利技术涉及一种Fe‑N‑C催化剂及其制备和应用，所述方法是将Fe原子通过基团锚定的方式修饰在金属有机骨架外表面，得到的前驱体在惰性气氛下热处理进行碳化，生成的Fe‑N‑C材料活性位充分暴露于外表面介孔中，在酸性和碱性电解质中具有高电催化氧还原活性。与现有技术相比，本发明专利技术具有如下优点：选择了尺寸大于金属有机骨架窗口的锚定基团，受尺寸限制，连接在锚定基团上的Fe原子不会扩散到金属有机骨架内部；通过改变Fe和金属有机骨架的比例以及调整热处理温度就可以对催化剂活性进行有效调控，容易放大进行大批量生产。另外，高氧还原性能、良好的稳定性和抗甲醇性能使其在聚合物膜电解质燃料电池和金属空气电池中具有广阔应用前景。

A fe-n-c catalyst and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种Fe-N-C催化剂及其制备和应用
本专利技术属于催化剂及其制备
，具体的说涉及聚合物电解质膜燃料电池或金属空气燃料电池阴极氧还原反应电催化剂。
技术介绍
Fe-N-C具有活性高、稳定性高、成本低等特性，被认为是最有希望替代Pt作为燃料电池和金属空气电池阴极氧还原电催化剂的材料之一。金属有机骨架材料由于比表面高、金属含量丰富、结构组分便于调控等优点，近年来被广泛用作制备Fe-N-C催化剂的前驱体。常见得以金属有机骨架为前驱体合成的Fe-N-C催化剂中的孔道以微孔为主，其直径小于2nm，用于电极材料，不利于氧气等反应物在其内部的扩散传输。
技术实现思路
常见的金属有机骨架制备的Fe-N-C催化剂，活性位包覆在微孔中，微孔直径小于2nm。反应物氧气分子自由程大于2nm，在微孔中扩散传质阻力较大，影响了催化剂的活性。本专利技术针对Fe-N-C氧还原催化剂及其制备技术的不足，提出了一种Fe-N-C氧还原催化剂及其制备方法，利用EDTA的强络合作用，将Fe原子连接在EDTA大分子上，由于EDTA分子直径大于金属有机骨架本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Fe-N-C催化剂，其特征在于：以多孔碳材料为载体，载体外表面担载有铁的氮化物，所述多孔碳材料比表面不小于100cm

【技术特征摘要】
1.一种Fe-N-C催化剂，其特征在于：以多孔碳材料为载体，载体外表面担载有铁的氮化物，所述多孔碳材料比表面不小于100cm2g-1，优选比表面700-1000cm2g-1；载体孔径4-30nm的介孔，优选5-10nm；所述Fe-N-C催化剂的制备方法包括以下步骤：
1)金属有机骨架的合成：将Zn金属盐和咪唑基有机配体分别于溶剂中分散均匀，将Zn金属盐溶液在搅拌下加入到咪唑基有机配体溶液中获得混合溶液，将混合溶液转移到反应釜中进行水热反应，分离产物得金属有机骨架；
2)催化剂前驱体的制备：将步骤(1)获得的金属有机骨架在水中分散搅拌均匀，加入EDTANaFe，继续搅扮，然后离心分离和冻干获得催化剂前驱体；
3)Fe-N-C催化剂的制备：将步骤(2)获得的催化剂前驱体在惰性气氛下进行高温碳化处理，得Fe-N-C催化剂。


2.如权利要求1所述Fe-N-C催化剂，其特征在于：催化剂中Fe的质量分数为0.5-3％。


3.如权利要求1所述催化剂，其特征在于：所述多孔碳材料中掺杂有N元素，所述N元素存在的形式为吡啶N、吡咯N、石墨化N、氧化N中的一种或两种以上；所述Fe-N-C电催化剂中N的质量分数为5-10％。


4.一种权利要求1-3任一所述Fe-N-C催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)金属有机骨架的合成：将Zn金属盐和咪唑基有机配体分别于溶剂中分散均匀，将Zn金属盐溶液在搅拌下加入到咪唑基有机配体溶液中获得混合溶液，将混合溶液转移到反应釜中进行水热反应，分离产物得金属有机骨架；
2)催化剂前驱体的制备：将步骤(1)获得的金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙公权，许新龙，王素力，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21