磷、氮共掺杂多孔碳阴极氧还原铁基催化剂、制备及应用制造技术

本发明专利技术属于催化技术领域，涉及一种磷、氮共掺杂多孔碳铁基催化剂；所述催化剂具有三维多孔结构、比表面积为每克1000‑2000平方米，孔隙率为每克1‑2立方厘米；磷和铁原子结合，负载在掺杂氮的石墨碳上，构成新型催化剂。该催化剂用湿化学的方法制备前躯体，随后用热解法制得。与现有技术相比，该方法简单易行，制备过程无需任何模板，其低成本有望成为代替铂基催化剂的候选材料。此外，本实验用氢氧化钾二次活化催化剂，增加其石墨化程度，提高催化剂的稳定性和疏水性，是一种良好的阴极氧还原催化剂；不仅可以用在质子交换膜燃料电池中，还也可以扩展到其他应用，比如析氢、析氧，也可用到锂电池和金属‑空气电池中。

【技术实现步骤摘要】
磷、氮共掺杂多孔碳阴极氧还原铁基催化剂、制备及应用
本专利技术属于能源材料及电化学领域，更具体的涉及一种磷、氮共掺杂多孔碳的铁基催化剂，本专利技术同时也涉及磷、氮共掺杂多孔碳铁基催化剂的制备方法。
技术介绍
当代新能源技术的发展例如：燃料电池的开发和金属空气电池的商业化应用很大程度上取决于缓慢的阴极氧还原反应(ORR)的电催化剂。目前应用最广泛的是一系列铂基催化剂。然而，高成本，资源短缺以及Pt的稳定性不足，极大地阻碍了它们的持续发展。最近，Fe/氮掺杂碳(Fe/NC)催化剂成为取代贵金属催化剂的有希望的候选者材料,并且已报道出在碱性电解质中的活性已经超越铂基催化剂。然而，由于铁基催化剂的基质碳在高电位下容易被氧化和在低电位下中心原子铁原子镶嵌的不稳定导致催化剂的稳定性仍有待提升。所以，对铁基催化剂活性中心结构参数的精确调控和对ORR机理的深入研究有望优化其催化效率和提高其稳定性。在此，我们采用湿化学法制备一种新型铁基催化剂。该催化剂由Fe原子负载在N、P掺杂的多孔碳上，并且由氢氧化钾二次活化增强其由石墨化程度。此催化剂的优势在于掺杂P，P相比本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磷、氮共掺杂多孔碳阴极氧还原铁基催化剂，其特征在于：所述催化剂具有三维多孔结构、比表面积在每克1000-2000平方米，孔隙率在每克1-2立方厘米。/n

【技术特征摘要】
1.一种磷、氮共掺杂多孔碳阴极氧还原铁基催化剂，其特征在于：所述催化剂具有三维多孔结构、比表面积在每克1000-2000平方米，孔隙率在每克1-2立方厘米。


2.如权利要求1所述磷、氮共掺杂多孔碳阴极氧还原铁基催化剂的制备方法，其特征在于：所述铁基催化剂制备方法，包括以下步骤：
步骤1、按一定质量分别在圆底烧瓶中加入磷酸和季戊四醇，在一定温度下搅拌反应一定的时间，得到二者的产物溶液；
步骤2、将一定质量的氮前躯体、碳前躯体和铁前躯体加入到一定量的无水乙醇中，室温下搅拌一定的时间；
步骤3、将步骤1的混合物冷却，然后将步骤2的溶液加入1中的混合物中，在一定温度下反应一定的时间，然后旋蒸干燥，得白色粉末；
步骤4、将步骤3中得到的白色粉末在管式炉中热解，得粉末状中间产物；
步骤5、将步骤4得到的粉末与氢氧化钾按照一定重量比混合，同时在管式炉中二次碳化得催化剂；
步骤6、将得到的催化剂进行酸洗，然后用去离子水洗涤，真空干燥后即制备所述铁基催化剂。


3.如权利要求2所述的磷、氮共掺杂多孔碳阴极氧还原铁基催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤1中磷酸为29.6克；季戊四醇为6.8克；圆底烧瓶为250毫升；在旋转蒸发器中120℃反应2小时。


4.如权利要求2所述的磷、氮共掺杂多孔碳阴极氧还原铁基催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤2中氮前躯体为三聚氰胺，用量为...

【专利技术属性】
技术研发人员：江畔，金具涛，施志聪，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44