一种Fe2N/Fe2P/FeS/C复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种Fe2N/Fe2P/FeS/C复合材料及其制备方法和应用，方法包括：1)取100～200mgHemin分散于125～150mL异丙醇得溶液A；2)按富勒烯与Hemin的质量比1：(1～2)取富勒烯分散于25～100mL邻二氯苯，过滤得溶液B；3)按体积比(2～3)：1将溶液A加入溶液B，抽滤得固体C；4)固体C放入培养皿冷冻干燥得Hemin/C

A fe2n/fe2p/fes/c composite and its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种Fe2N/Fe2P/FeS/C复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及能源催化技术
，具体是一种Fe2N/Fe2P/FeS/C复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]目前，燃料电池由于具有高能量密度、零碳排放和高的理论转换效率等优点而备受关注。但阴极氧还原反应(ORR)的速率非常缓慢，很大程度上降低了燃料电池的功率转换密度及转换效率，并且碳基非贵金属氧还原电催化剂的催化效率较低，已经无法供应人们的日常所需。
[0003]为此，研究人员在不断探索，期望把电催化剂的催化效率提高至更高的水平。基于现如今氧还原电催化体系，其材料的催化活性很大程度上取决于表面的活性位点数量，且杂原子的引入能够有效的改善碳材料表面的极性，在电化学反应过程中可以提供更多的活性位点，从而节约了电催化剂的制备成本。
[0004]金属卟啉配合物是一种具有刚性大环共轭体系的分子，拥有丰富的可修饰性，并且物理化学性质稳定，是作为本身含有氮原子的良好基底，而铁卟啉广泛存在于生命体之中，将其作为分子受体有着不可忽视的裨益。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种Fe2N/Fe2P/FeS/C复合材料及其制备方法和应用，不仅制备工艺简单，而且制备出的Fe2N/Fe2P/FeS/C复合材料作为氧还原电催化剂具有良好的催化性能。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0007]一种Fe2N/Fe2P/FeS/C复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008]1)、取100～200mg的Hemin超声分散于125～150mL异丙醇中，得到溶液A；
[0009]2)、按富勒烯与步骤1)所取Hemin的质量比1：(1～2)取富勒烯超声分散于25～100mL邻二氯苯中，过滤后得到溶液B；
[0010]3)、按体积比(2～3)：1分别量取溶液A和溶液B，先将溶液B置于烧杯中，再沿着烧杯的杯壁将溶液A缓慢注入至溶液B，接着利用保鲜膜盖住烧杯口，然后静置至二者充分反应后进行抽滤，得到固体C；
[0011]4)、先将固体C放入干净的培养皿中，然后利用保鲜膜盖好器皿，将其冷冻和干燥，得到Hemin/C
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；
[0012]5)、取50～100mg的Hemin/C
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超声分散于10～20mL的甲醇中，得到溶液D；
[0013]6)、以步骤5)取的Hemin/C
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的质量为标准，按质量比1：(2～3)：(4～6)分别称取三聚氯化膦腈和4,4
′‑
二羟基二苯砜加入至10～20mL甲醇中，搅拌使其充分溶解，得到溶液E；
[0014]7)、先采用一次性滴管将溶液E缓慢滴加至溶液D中得到混合溶液F，然后按三乙胺与混合溶液F的体积比(1～1.5)：40利用移液枪吸取三乙胺加入混合溶液F中，搅拌使其充
分反应，最后抽滤、冷冻和干燥后得到Hemin/C
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@PZS；
[0015]8)、先将Hemin/C
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@PZS充分研磨成粉末，接着将粉末均匀铺展于磁舟中，盖上盖子，将磁舟置于充有氢/氩混合气体的石英管中，以2～5℃/min的升温速率从室温升至700～850℃，并保温1～2h使其充分热解碳化，待自然冷却至室温，得到Fe2N/Fe2P/FeS/C复合材料。
[0016]进一步地，所述步骤1)和步骤2)的超声分散时间均为15～30min。
[0017]进一步地，所述步骤2)采用针管式过滤器进行过滤。
[0018]进一步地，所述步骤3)静置的时间为1～3天。
[0019]进一步地，所述步骤4)和步骤(7)的冷冻和干燥均先利用冰箱冷冻8～12h，再利用冷冻干燥机干燥3～4h。
[0020]进一步地，所述步骤5)的超声分散时间为10～20min。
[0021]进一步地，所述步骤7)采用300～500r/min的磁力搅拌器搅拌6～12h。
[0022]进一步地，所述步骤8)的研磨时间为10～20min。
[0023]本专利技术还保护一种Fe2N/Fe2P/FeS/C复合材料。
[0024]本专利技术还保护Fe2N/Fe2P/FeS/C复合材料作为氧还原电催化剂的应用。
[0025]本专利技术具有如下有益效果：
[0026]首先，铁卟啉Hemin作为一种Fe基MOFs材料，通过热解之后容易得到Fe2N，其作为催化剂的活性位点，具有较好的催化效果，从而很大程度上提高了催化效率；其次，利用三聚氯化磷腈来引入磷原子，利用4,4
′‑
二羟基二苯砜引入硫原子，使得C
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/Hemin表面包覆含硫、磷有机物，经过热处理生成有利于ORR反应的Fe2P和FeS，这些具有催化活性的物质是Fe2N/Fe2P/FeS/C复合材料具备优异的氧还原电催化活性的关键；最后，本专利技术的制备过程中不用引入贵重金属，制备成本低，而且制备工艺简单易操作。
附图说明
[0027]图1：本专利技术实施例1制备的Fe2N/Fe2P/FeS/C复合材料的XRD图；
[0028]图2：本专利技术实施例1制备的Hemin/C
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的SEM图；
[0029]图3：本专利技术实施例1制备的Hemin/C
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@PZS的SEM图；
[0030]图4：本专利技术实施例1制备的Hemin/C
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@PZS热处理后的SEM图；
[0031]图5：本专利技术实施例1制备的Hemin/C
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@PZS经过热处理后的氧还原性能图。
具体实施方式
[0032]下面结合实施例对本专利技术的具体内容做进一步详细解释说明，但不作为对本专利技术的限定。
[0033]实施例1
[0034]1)、称取100mg的Hemin分散于150mL异丙醇中，超声分散30min，得到溶液A
[0035]2)、称取富勒烯100mg溶解于50mL邻二氯苯中，超声分散30min，使用针管式过滤器进行过滤，得到溶液B；
[0036]3)、先量取20mL溶液A置于烧杯1中，再量取10mL溶液B置于烧杯2中，将烧杯1中的溶液A沿烧杯2的杯壁缓慢注入到烧杯2中，在烧杯2的杯口上盖好保鲜膜，静置反应1天，之
后对反应液进行抽滤，得到固体C；
[0037]4)、先将固体C放入干净的培养皿中，利用保鲜膜盖好培养皿的开口并将其移入冰箱冷冻8h，再将冷冻好的固体C放入冷冻干燥机中干燥3h，得到Hemin/C
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；
[0038]5)、先称取50mg的Hemin/C
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均匀分散于10mL甲醇中，超声分散10min，得到溶液D；
[0039]6)、分别称取100mg三聚氯化膦腈和200mg 4,4
′‑
二羟基二苯砜加入至10mL甲本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Fe2N/Fe2P/FeS/C复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)、取100～200mg的Hemin超声分散于125～150mL异丙醇中，得到溶液A；2)、按富勒烯与步骤1)所取Hemin的质量比1：(1～2)取富勒烯超声分散于25～100mL邻二氯苯中，过滤后得到溶液B；3)、按体积比(2～3)：1分别量取溶液A和溶液B，先将溶液B置于烧杯中，再沿着烧杯的杯壁将溶液A缓慢注入至溶液B，接着利用保鲜膜盖住烧杯口，然后静置至二者充分反应后进行抽滤，得到固体C；4)、先将固体C放入干净的培养皿中，然后利用保鲜膜盖好器皿，将其冷冻和干燥，得到Hemin/C
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；5)、取50～100mg的Hemin/C
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超声分散于10～20mL的甲醇中，得到溶液D；6)、以步骤5)取的Hemin/C
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的质量为标准，按质量比1：(2～3)：(4～6)分别称取三聚氯化膦腈和4,4
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二羟基二苯砜加入至10～20mL甲醇中，搅拌使其充分溶解，得到溶液E；7)、先采用一次性滴管将溶液E缓慢滴加至溶液D中得到混合溶液F，然后按三乙胺与混合溶液F的体积比(1～1.5)：40利用移液枪吸取三乙胺加入混合溶液F中，搅拌使其充分反应，最后抽滤、冷冻和干燥后得到Hemin/C
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@PZS；8)、先将Hemin/C
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@PZS充分研磨成粉末，接着将粉末均匀铺展于磁舟中，盖上盖子，将磁舟...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹丽云，王海，冯永强，胡雨欣，黄剑锋，雒甜蜜，陈俊生，冯伟航，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：