一种中空结构过渡金属钴、氮共掺杂炭氧还原催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种具有中空结构的过渡金属钴、氮共掺杂炭氧还原催化剂及其制备方法和应用，所述的具有中空结构的过渡金属钴、氮共掺杂炭催化剂以磺化聚苯乙烯微球为模板，利用微球表面的磺酸基团与金属钴离子之间的静电作用在模板表面生长沸石咪唑酯金属有机骨架材料，然后通过在惰性气氛下热解碳化制备得到。本发明专利技术所提供的方法可有效提高过渡金属钴、氮共掺杂炭催化剂的活性位点利用率，所制备的催化剂可高效催化燃料电池阴极的氧还原反应，氧还原催化活性优于商业化Pt/C。

【技术实现步骤摘要】
一种中空结构过渡金属钴、氮共掺杂炭氧还原催化剂及其制备方法和应用
本专利技术属于催化剂制备
，具体涉及一种中空结构过渡金属钴、氮共掺杂炭氧还原催化剂及其制备方法和应用，用于燃料电池的阴极氧气还原反应。
技术介绍
燃料电池是一种发电装置，产物为环保无污染的水，没有二氧化碳、二氧化硫等气体的排放，因此受到研究人员广泛关注。然而，燃料电池电极反应需要贵金属铂作为催化剂，其成本高，资源稀缺，严重制约了燃料电池大规模商业化。因此，开发催化活性高，价格低廉的非贵金属氧还原催化剂有重要意义。在诸多非贵金属氧还原催化剂中，过渡金属（TM，典型的如Fe或Co）、氮共掺杂炭材料（TM-N-C）因其具有较为优异的氧还原催化活性受到了较多关注。该类催化剂一般是由过渡金属源、氮和炭前驱体的混合物经过高温处理制备得到。如中国专利申请CN201910836903使用不同粒径的聚苯乙烯微球作为模板，其公开了一种钴和氮掺杂三维有序多孔碳催化剂的制备方法及用途，该方法先合成了不同粒径的PS球并将其制作成模板，将模板浸渍于含六水合硝酸钴和2-甲基咪唑的甲醇溶液本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种中空结构过渡金属钴、氮共掺杂炭氧还原催化剂，其特征在于，其前驱体以磺化聚苯乙烯微球作为模板，金属钴源和含氮有机配体在聚苯乙烯微球表面进行自组装得到。/n

【技术特征摘要】
1.一种中空结构过渡金属钴、氮共掺杂炭氧还原催化剂，其特征在于，其前驱体以磺化聚苯乙烯微球作为模板，金属钴源和含氮有机配体在聚苯乙烯微球表面进行自组装得到。


2.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述的过渡金属钴、氮共掺杂炭氧还原催化剂通过在惰性气氛下热解碳化制备得到。


3.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述的含氮有机配体为2-甲基咪唑、苯并咪唑、咪唑、2-咪唑啉硫酮中的一种或几种；所述的金属钴源为钴的可溶性盐；更优选的，所述的金属钴源为硝酸钴、氯化钴、硫酸钴、乙酸钴中的一种或几种。


4.根据权利要求1-3中任一项所述的催化剂的制备方法，其特征在于，反应体系中，磺化聚苯乙烯微球作为模板，金属钴源和含氮有机配体在聚苯乙烯微球表面进行自组装形成前驱体通过在惰性气氛下热解碳化制备得到。


5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述的制备方法为将模板磺化聚苯乙烯微球在有机溶剂中充分分散，然后加入过渡金属钴的可溶性盐溶液，在搅拌的同时将含氮配体的有机溶液缓慢倒入磺化聚苯乙烯微球乳液，使其反应得到模板表面生长有沸石咪唑酯骨架化合物材料的微球。


6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括如下步骤：
（1）聚苯乙烯微球的制备：将苯乙烯单体、二乙烯基苯单体进行洗涤后，再用去离子水将苯乙烯洗涤至中性；将水和交联剂搅拌均匀后加入苯乙烯，惰性气氛下加热反应1-2h后，加入溶有过硫酸钾的去离子水溶液继续反应；向上述的反应产物中加入饱和NaCl溶液，析出物抽滤干燥得到聚苯乙烯微球；
（2）磺化聚苯乙烯微球乳液的制备：将模板聚苯乙烯微球和浓...

【专利技术属性】
技术研发人员：窦美玲，王琨，侯柯云，杨亚楠，王峰，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11