氮掺杂碳负载铁钴纳米颗粒双功能催化剂的制备及其催化应用制造技术

本发明专利技术公开了一种氮掺杂碳负载铁钴纳米颗粒双功能催化剂的制备及其催化应用，首先制备出石墨烯负载铁金属单原子催化剂；然后将催化剂进行三氯化铁再插层后，与氮源、钴源进行干球磨得到前驱体；通过程序升温把前驱体热解制得氮掺杂碳负载铁钴纳米颗粒的氧还原/氧析出双功能催化剂。本发明专利技术先引入铁源制得具有高氧还原性能的单原子催化剂，后引入钴源使催化剂实现对氧还原和氧析出的高效双功能催化，催化性能优于使用贵金属的商业铂碳催化剂和氧化铱催化剂，但制备成本却大幅降低，具有广阔的应用前景。的应用前景。的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
氮掺杂碳负载铁钴纳米颗粒双功能催化剂的制备及其催化应用


[0001]本专利技术涉及一种氮掺杂碳负载铁钴纳米颗粒双功能催化剂的制备及其在氧还原/氧析出催化反应中的应用，属于氧还原和氧析出催化剂


技术介绍

[0002]随着社会的快速发展，人们对能源的需求越来越大，石油、煤炭、天然气等化石燃料的这些能源的过度使用，一方面对环境造成了巨大的压力，另一方面这些不可再生能源逐渐面临着枯竭问题，能源现状—僧多粥少。能源短缺和环境问题是21世纪最重要的两个问题，而电化学储能和转换是缓解日益严重的能源和环境危机的有效策略。燃料电池和锌空气电池作为新一代能量转换装置，以其高能量密度、安全无污染、低成本、安全可靠等优点得到了广泛的研究。但是由于ORR/OER高反应能垒，能量转换效率比较低，阻碍了锌空气电池的大规模应用。因此，寻找兼具催化ORR/OER的双功能催化剂是目前研究的热点。
[0003]虽然铂、铱、钌等贵金属催化剂对ORR/OER有高的催化活性，但其资源稀少，价格贵限制了锌空气电池的商业化发展。迫切的需要设计和构建一些非贵金属催化剂。过渡金本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氮掺杂碳负载铁钴纳米颗粒双功能催化剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1：将小尺寸多层石墨烯与金属氯化物混合并高温处理，得到富含金属的石墨烯插层物；之后将获得的石墨烯插层物与硫酸铁、三聚氰胺、甲醛水溶液加热混合，形成石墨烯
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铁盐
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水凝胶，经冷冻干燥、高温热解后得到石墨烯负载金属单原子催化剂；步骤2：将步骤1所得石墨烯负载金属单原子催化剂与金属氯化物混合并高温处理，得到石墨烯再插层物；步骤3：将步骤2获得的石墨烯再插层物和氮源、钴源球磨得到前驱体；步骤4：将步骤3得到的前驱体置于惰性气氛或还原性气氛中，升温煅烧热解，制得氮掺杂碳负载铁钴纳米颗粒双功能催化剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤1中，小尺寸多层石墨烯与金属氯化物的质量比为1:10～50；石墨烯插层产物与三聚氰胺的质量比为1：5～10；三聚氰胺、甲醛与硫酸铁混合的摩尔比为1:1～2:1。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤1中，所述金属氯化物选自无水氯化铝、无水氯化铜、氯化钠、氯化钴、氯化镍、氯化钾、氯化铜、氯化铁中的一种或几种。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤1、步骤2中，所述高温处理包括三个阶段：第一阶段为从室温至T1，升温速率为5℃/min～10℃/min，在T1下保持2～3小时，T1温度区间为180℃～200℃；第二阶段为从T1至T2，升温速率为5℃/min～10℃/mi...

【专利技术属性】
技术研发人员：王俊中，于萌萌，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：