本发明专利技术公开了基于氮硫共掺杂碳微球/碳片材料的氧还原电催化剂及其应用，该氧还原电催化剂包括有氮硫共掺杂碳微球/碳片材料，氮硫共掺杂碳微球/碳片材料通过以下方法制备：S1：将六氯丁二烯与福美钠在高温高压下进行密闭反应；S2：反应结束后，泄压至常压，并自然冷却至室温，将所得固体干燥，得到干燥样品；S3：将所述干燥样品在惰性气体保护下进行高温焙烧处理，从而得到所述氮硫共掺杂碳微球/碳片材料；还涉及所述碳材料、用途和包含其的氧还原电极。所述氮硫共掺杂碳微球/碳片材料具有优异的性能，可用来制备燃料电池的氧还原电极，从而可用于燃料电池中，并表现出了良好的电化学性能，在电化学领域具有巨大的应用潜力和工业价值。业价值。业价值。
【技术实现步骤摘要】
基于氮硫共掺杂碳微球/碳片材料的氧还原电催化剂及其应用
[0001]本专利技术属于无机功能材料和电化学能源
，具体是指一种氮硫共掺杂微介孔碳球/片材料的制备方法及其产品和应用。
技术介绍
[0002]质子交换膜燃料电池(PEMFC)拥有启动快、寿命长、能量大、无污染等优异特点，从而在汽车动力装置、移动电源以及发电厂等诸多领域都有着良好的应用前景。但另一方面，由于还存在诸多技术瓶颈不能解决，导致质子交换膜燃料电池离真正的商业化应用还有比较遥远的距离。
[0003]迄今为止，最为常用的燃料电池催化剂是铂基催化剂。但由于铂价格昂贵、资源匮乏，致使催化剂的成本很高。同时铂基催化剂也存在诸多缺陷，例如稳定性差、易中毒、质量活性低等。因此，寻找廉价活性高、稳定好的催化剂倍受关注。
[0004]近几年来，具有高比表面积，优异的导电性和稳定性的碳材料例如碳纳米管、介孔碳等已被广泛地应用于燃料电池方面，例如：
[0005]CN109786764A公开了一种具有分级孔、氮硫双掺杂非金属碳基氧还原催化剂及制备，属于催化剂
通过简易的方法合成了一种氮、硫、碳均匀分布的有机聚合物，并进一步高温煅烧,同时完成碳化、氮化和硫化过程，制备出氮、硫双掺杂型的分级孔碳材料。该材料在未使用模板的情况下具有分级孔的结构，比表面积大、合成方法简单、原料易得、成本低廉，而且具有良好的稳定性。但该材料的催化活性较差，不利于氧还原反应的进行。
[0006]CN108767275A公开了一种基于四嗪环聚咔唑的氮掺杂碳还原催化剂及其制备方法。首先，通过简单的方法合成了3,6-二(咔唑基)-1,2,4,5-四嗪(TCy)，然后将TCy作为单体通过Friedel-Crafts烷基化合反应或氧化偶联反应合成了新型的超交联聚合物四嗪环聚咔唑，再将该四嗪环聚咔唑通过直接热解的方法得到基于四嗪环聚咔唑的氮掺杂氧还原催化剂(N/C)，合成的催化剂具有优异的氧还原(ORR)催化活性和电化学稳定性。该方法操作过程复杂，不利于工业生产，且抗甲醇性能差。
[0007]为了实现催化活性好、稳定性好、抗甲醇性能好等电化学性能的氧还原电极的制备，本专利技术团队基于以下工作专利技术作为基础，做了以下工作：
[0008]CN107887613A公开了基于三维网状氮磷硫共掺杂多孔碳材料的氧还原电极及制备方法与应用，利用苯胺、六氯环三磷腈和硫脲为原料，通过水热合成的方法反应后在惰性气体下碳化最后制备出三维网状氮磷硫共掺杂多孔碳材料。所述三维网状氮磷硫共掺杂多孔碳材料具有优异的电学性能，可用来制备燃料电池的氧还原电极，从而可用于燃料电池中，并表现出了良好的抗甲醇性能、导电性等，在电化学领域具有巨大的应用潜力和工业价值。
[0009]CN110556548A公开了一种具有氧还原活性氮硫共掺杂的类花菜结构的碳材料，利用六氯丁二烯、氮硫共源化合物加入溶剂内在高温高压下进行密闭反应，在惰性气体保护
下进行高温焙烧处理，从而得到所述氮硫共掺杂类花菜结构碳材料；还涉及所述复合材料、用途和包含其的氧还原电极。所述氮硫共掺杂类花菜结构碳材料具有优异的性能，可用来制备燃料电池的氧还原电极，从而可用于燃料电池中，并表现出了良好的电化学性能，但其产率低，难以工业化。
[0010]基于上述理由，通过简单、绿色、低成本的合成方法具有良好的电化学性能的新型杂原子掺杂碳材料具有十分重要的意义，也是目前电化学能源领域的研究热点和重点，而这也正是本专利技术得以完成的基础所在和动力所倚。
技术实现思路
[0011]本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种基于氮硫共掺杂碳微球/碳片材料的氧还原电催化剂及其应用。
[0012]为实现上述目的，本专利技术的第一个方面是提供一种基于氮硫共掺杂碳微球/碳片材料的氧还原电催化剂。该氧还原电催化剂包括有氮硫共掺杂碳微球/碳片材料，该氮硫共掺杂碳微球/碳片材料通过以下方法制备，该方法包括以下步骤：
[0013]S1:将六氯丁二烯与福美钠在高温高压下进行密闭反应；
[0014]S2：反应结束后，泄压至常压，并自然冷却至室温，将所得固体干燥，得到中间物；
[0015]S3：将所述中间物在惰性气体保护下进行高温焙烧处理，从而得到所述氮硫共掺杂碳微球/碳片材料。
[0016]在本专利技术的所上述制备方法中，在步骤S1中，反应温度(即所述的“高温”)为160-240℃，例如可为160℃、180℃、200℃、220℃或240℃，优选为180-22℃，最优选200℃。
[0017]本专利技术的氮硫共掺杂碳微球/碳片材料是具有氮硫共掺杂碳微球和碳片复合的材料。
[0018]在本专利技术的所述氮硫共掺杂碳微球/碳片材料的制备方法中，在步骤S1中，反应压力(即所述的“高压”)为1-5MPa，例如可为1MPa、2MPa、3MPa、4MPa或5MPa，最优选为1.5MPa。
[0019]在本专利技术的所述氮硫共掺杂碳微球/碳片材料的制备方法中，在步骤S1中，反应时间为3-11，例如可为3小时、5小时、7小时、9小时或11小时，最优选为7小时。
[0020]在本专利技术的所述氮硫共掺杂碳微球/碳片材料的制备方法中，在步骤S1中，所述六氯丁二烯与福美钠的摩尔之比为1：0.1-0.5，例如可为1：0.1、1：0.2、1：0.5、1：1、1：2、1：3或1：5，最优选为1：2。
[0021]在本专利技术的所述氮硫共掺杂碳微球/碳片材料的制备方法中，在步骤S2中，干燥温度为60-100℃，例如可为60℃、70℃、80℃、90℃或100℃；干燥时间为6-10小时，例如可为6小时、8小时或10小时。
[0022]在本专利技术的所述氮硫共掺杂碳微球/碳片材料的制备方法中，在步骤S3中，所述高温焙烧处理的温度为800℃-1000℃，例如可为800℃、850℃、900℃、950℃或1000℃，最优选为900℃。
[0023]在本专利技术的所述氮硫共掺杂碳微球/碳片材料的制备方法中，在步骤S3中，所述高温焙烧处理的时间为1-3小时，例如可为1小时、2小时或3小时。
[0024]在本专利技术的所述氮硫共掺杂碳微球/碳片材料的制备方法中，在步骤S3中，所述惰性气体为氮气或氩气。
[0025]综上所述，所述步骤S3中的高温焙烧处理，即将所述干燥样品在该温度范围下、于惰性气体气氛中高温放置1-3小时，从而得到本专利技术的氮硫共掺杂碳微球/碳片材料。
[0026]本专利技术人发现，当采用本专利技术的上述制备方法尤其是其中的某些优选工艺参数时，能够得到具有优良电化学性能的氮硫共掺杂碳微球/碳片材料，由其制得的氧还原电极具有优异的电化学性能，例如稳定性好、催化活性高、寿命长等，从而可应用在燃料电池中。
[0027]本专利技术还提供一种如所述的氧还原电催化剂在制备氧还原电极的应用。
[0028]具体而言，本专利技术的一种氧还原电极的制备方法，包括以下步骤：
[0029](1)将玻碳电极在粒度为0.3-0.7μm的氧本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种氧还原电催化剂，其特征在于该氧还原电催化剂包括有氮硫共掺杂碳微球/碳片材料，该氮硫共掺杂碳微球/碳片材料通过以下方法制备，该方法包括以下步骤：S1:将六氯丁二烯与福美钠在高温高压下进行密闭反应；S2：反应结束后，泄压至常压，并自然冷却至室温，将所得固体干燥，得到中间物；S3：将所述中间物在惰性气体保护下进行高温焙烧处理，从而得到所述氮硫共掺杂碳微球/碳片材料。2.一种如权利要求1所述的氧还原电催化剂在制备氧还原电极的应用。3.一种氧还原电极的制备方法，其特征在于包...
【专利技术属性】
技术研发人员：金辉乐，王舜，吴婉仪，张晶晶，刘一严，李俊，
申请(专利权)人：温州大学新材料与产业技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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