一种单原子铁基氧还原催化剂的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种单原子铁基氧还原催化剂的制备方法，该催化剂主要应用于燃料电池阴极催化。其特征在于：以沸石咪唑材料Fe掺杂的ZIF‑8为前驱体，Fe单原子高度分散在催化剂材料中，向其中填加二次氮源，然后在惰性气体下高温热处理，即可得到所述的单原子铁基催化剂。本发明专利技术在前驱体中增加二次氮源可以增加催化剂中氮的含量，为Fe原子的固定提供更多的配位点，实现Fe单原子含量的提升，从而获得高氧还原催化活性的单原子铁基催化剂。该催化剂中铁原子的含量为1.2at％,是未加二次氮源制备的催化剂的2.7倍。该催化剂在酸性和碱性电解质溶液中都显示出优异的氧还原催化活性，并且在锌‑空气燃料电池器件中表现出出色的空气阴极催化性能。

【技术实现步骤摘要】
一种单原子铁基氧还原催化剂的制备方法
本专利技术涉及一种单原子铁基氧还原催化剂的制备方法，属于纳米材料应用和催化

技术介绍
环境污染和能源危机已经成为全球共同关注的问题，因此迫切需求开发可再生资源和清洁能源。燃料电池是未来能源技术的发展方向，它是通过电化学反应，将燃料中的化学能转化为电能的一种新型发电装置，具有能量转化效率高、绿色无污染和可以作为移动电源等优点。而燃料电池阴极催化剂(即氧还原反应，oxygenreductionreaction,ORR)是制约其商业化进程的最大挑战。目前大部分采用铂(Pt)为燃料电池的阴极催化剂，但自然界中Pt储量少、价格贵、易中毒等缺陷，因此，急需寻找一种价格低廉、高效、稳定的非贵金属催化剂代替传统铂基催化剂。非贵金属氧还原催化剂主要包括过渡金属氧化物、氮化物、硫化物、碳化物和掺杂碳催化剂。近年来，向多孔碳材料中掺杂过渡金属(Fe和Co等)与氮原子(M-N-C)和非金属杂原子(N、S、F)成为研究制备氧还原催化剂的热点。当掺杂的金属以单原子的形式均匀的分布在载体上，单原子作为催化活性中心进行催本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单原子铁基氧还原催化剂的制备方法，其特征在于，以沸石咪唑材料Fe掺杂的ZIF-8为前驱体，Fe单原子高度分散在催化剂材料中，向其中填加二次氮源，然后在惰性气体下高温热处理，即可得到所述的单原子铁基催化剂；具体步骤如下：/n(1)Fe/ZIF-8的制备：将一定量的九水硝酸铁(Fe(NO

【技术特征摘要】
1.一种单原子铁基氧还原催化剂的制备方法，其特征在于，以沸石咪唑材料Fe掺杂的ZIF-8为前驱体，Fe单原子高度分散在催化剂材料中，向其中填加二次氮源，然后在惰性气体下高温热处理，即可得到所述的单原子铁基催化剂；具体步骤如下：
(1)Fe/ZIF-8的制备：将一定量的九水硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)和六水硝酸锌(Zn(NO3)2·6H2O)溶于一定体积的无水甲醇中，超声分散后形成溶液A；将一定量的2-甲基咪唑(2mIM)溶于相同体积的无水甲醇中，超声分散后形成溶液B；将溶液A与溶液B混合，搅拌反应，甲醇离心清洗三次，真空干燥获得Fe/ZIF-8粉体；
(2)将一定量的Fe/ZIF-8和二次氮源混合，溶于水或乙醇良溶剂中，搅拌4h后，蒸干溶剂，收集粉体；
(3)将所得的粉体放入坩埚中，氮气或氩气条件下热处理，以一定的升温速率升温至一定温度后，保温一定时间后，自然冷却，获得单原子铁基阴极催化剂。


2.如权利要求1所述的一种单原子铁基氧还原催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，Zn(NO3)2·6H2O,2mIM和甲醇之和的摩尔比为1:4.2:2.2；Fe(NO3)3·9H2O和Zn(NO3)2·6H2O的摩尔比为：0.01～0.04：1；搅拌温度为60℃，反应时间为24h。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪鼎，陶霞芳，杨娟，周亚洲，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32