一种高氮含量非贵金属单原子催化剂及其制备方法、应用技术

本发明专利技术涉及催化剂制备领域，公开了一种高氮含量非贵金属单原子催化剂及其制备方法、应用，包括以下制备步骤：将氮源、碳源、非贵金属盐以及盐模板按一定比例加入到去离子水中混合均匀；之后依次进行油浴和冷冻干燥处理，制得前驱体粉末；将前驱体粉末在惰性气氛保护下进行梯度热解，之后将所得产物进行酸洗去除金属单质颗粒，获得黑色粉末；最后将黑色粉末在惰性气氛下进行二次热解，制得高氮含量非贵金属单原子催化剂，应用于电催化氧还原反应、燃料电池和金属空气电池。本发明专利技术制备方案简单绿色，制得的产品具有分级孔道结构以及单原子金属活性位点分散均匀，提高了催化活性。提高了催化活性。

【技术实现步骤摘要】
一种高氮含量非贵金属单原子催化剂及其制备方法、应用


[0001]本专利技术涉及催化剂制备领域，尤其涉及一种高氮含量非贵金属单原子催化剂及其制备方法、应用。

技术介绍

[0002]环境污染问题和能源短缺问题的日益突出，刺激了可持续能源转换和储存技术的大力发展，如燃料电池和金属空气电池。然而，其阴极氧还原反应缓慢的动力学过程严重影响了该类器件整体的能量转换效率。虽然铂族贵金属具有优异的氧还原反应活性，但这些材料具有价格昂贵、储量稀缺以及稳定性差等缺点，阻碍了其工业化生产应用。在最近的研究中，发现过渡金属复合碳掺杂材料不仅表现出良好的电催化氧还原反应活性，且具有成本低、导电性良好以及电子结构可调控受到普遍关注，被认为是最具有前景的贵金属催化剂代替物之一。过渡金属单原子催化剂具有独特的几何和电子结构，最大限度的提高了金属原子利用率，且具有高稳定、高稳定性等优点。因此研究非贵金属单原子催化剂来提高燃料电池和金属空气电池的性能。
[0003]过渡金属复合氮掺杂碳材料不仅表现出良好的电催化氧还原反应活性，且具有成本低、导电性良好以及电子结构可调控受到本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高氮含量非贵金属单原子催化剂的制备方法，主要包括以下步骤：（1）将氮源、碳源和非贵金属盐加入到溶剂中溶解均匀，之后加入过量盐模板制得混合溶液；氮源与碳源的质量比为1 : 0.1 ~ 0.4；氮源与非贵金属盐的质量比为1 : 0.025 ~ 0.25；（2）将混合溶液在90 ~ 150 ℃下加热4 ~ 6 h，制得前驱体溶液；（3）将前驱体溶液在
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60 ~
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50 ℃下冷冻，再进行冷冻干燥，制得前驱体粉末；（4）将前驱体粉末在惰性气体中进行初步梯度热解，制得初次热解产物；（5）将初次热解产物在稀硫酸环境下油浴去除金属纳米颗粒，过滤、干燥，制得粉末；（6）将步骤（5）所得粉末在惰性气体中进行二次热解，制得高氮含量非贵金属单原子催化剂。2.如权利要求1所述的高氮含量非贵金属单原子催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述的盐模板为氯化钠，所述溶剂为去离子水；所述的盐模板氯化钠的浓度为0.2 ~ 0.5 g
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mL
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1。3.如权利要求1所述的高氮含量非贵金属单原子催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述的碳源为葡萄糖、淀粉和纤维素中的一种或多种；所述的氮源为尿素、二氰二胺和三聚氰胺中的一种或多种；所述的非贵金属盐为钴盐、铁盐、锰盐、镍盐和铜盐中的一种。4.如权利要求1所述的高氮含量非贵金属单原子催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述的加热方法为油浴加热。5.如权利要求1所述的高氮含量非贵金属单原子催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述的惰...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙骏婷，金佳翔，郭俊杰，王静，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：