【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及催化剂，特别是涉及一种nd掺杂fenc催化剂及其制备方法的。
技术介绍
1、由于“双碳”目标的提出，减少化石能源的使用成为重中之重。其中质子交换膜燃料电池由于具有能量转换高效，清洁可再生的优势，是一种未来具有前景的能源技术。目前燃料电池成本中催化剂的成本占据了很大比例，目前商业应用的贵金属催化剂中铂等贵金属是催化剂成本高的一个重要原因，因此研究价格低廉的贵金属催化剂的替代催化剂对推动燃料电池大规模应用有重大意义。
2、目前常见的非贵金属催化剂主要以n掺杂的碳基底上的原子负载型催化剂为主（singh, s. k. adv. mater. 2019, 31, (13), 1804297.），其中以铁原子负载的氮掺杂碳催化剂为代表，由于其优异的性能而得到研究人员的关注。li等人（li, z. adv. mater.2022, 35, (9), e2209644.）采用聚合物涂层、湿化学吸附、氨处理和热解相结合的方法使用热解法，以zif-8为前体，在介孔氮掺杂碳催化剂上制备单原子 fe 催化剂，在全ph条件下都具有良好的催化性能。peng等（peng, l. adv mater2022, 34, (29), e2202544.）使用微波辅助热解方法在mof-74作为前体的碳基底表面合成 fe-n4 位点对其进行功能化。该合成方法形成了稳定的分级多孔结构、和丰富的 fen4-o 活性位点，碱性介质中表现出显著的orr催化活性。
3、但是，铁氮碳催化剂的催化活性仍不及贵金属催化剂，并且在研究中发现fen
4、因此，提供一种较佳的催化剂是本领域内亟待解决的技术问题。
技术实现思路
1、本申请的目的在于提供一种较佳的催化剂，具体为提供一种nd掺杂fenc催化剂及其制备方法。
2、本申请用于解决上述技术问题的方案为：
3、一种nd掺杂fenc催化剂，包括:由n掺杂c形成的有机金属框架化合物载体,以及负载在所述载体上的nd和fe。
4、进一步地，以元素单质计，fe的质量百分比含量为0.3%-3%，nd的质量百分含量为0.2%-1.5%，载体中n的质量百分含量为5%-20%。
5、本申请用于解决上述技术问题的第二个方案为：
6、一种nd掺杂fenc催化剂的制备方法，包括以下步骤：
7、s1：将含有m盐、fe盐的溶液与含n的有机配体溶液络合，形成有机金属框架的晶体，洗涤后干燥作为第一前驱体；其中，m盐为可作为有机金属框架节点的金属的盐；优选地，m盐选自zr盐、ce盐、zn盐、fe盐、cu盐、v盐、in盐、cr盐、hf、mg盐中的至少一种；更优选地，m盐为zn盐。
8、s2：将s1得到的第一前驱体在惰性气氛中热解处理，得到第二前驱体；
9、s3：将s2得到的第二前驱体、含n小分子以及nd盐在溶液中充分混合后去除溶剂，得到第三前驱体；
10、s4：将s3得到的第三前驱体在氩氢气氛中热解处理得到所述的nd掺杂fenc催化剂。
11、进一步地，步骤s1中：fe盐为硝酸铁、九水硝酸铁、三氯化铁、六水合三氯化铁、乙酰丙酮铁中的至少一种。
12、进一步地，步骤s1中：含n的有机配体为2-甲基咪唑，2-甲醛、4-氰基吡啶中的至少一种，优选2-甲基咪唑。
13、进一步地，步骤s1为：将m盐、fe盐、含n的有机配体分别溶解在溶剂中，混合顺序为先加入fe盐溶液在含n的有机配体溶液中，充分混合后加入m盐溶液混合反应12h-24h，得到第一前驱体；其中，fe盐、m盐、与含n的有机配体的摩尔比为9：（70-200）：（300-1000）。
14、进一步地，zn盐为硝酸锌、六水合硝酸锌、硫酸锌、七水合硫酸锌、乙酰丙酮锌、醋酸锌、氯化锌中的至少一种。
15、进一步地，步骤s1中：所述溶剂独立地选自甲醇、乙醇、异丙醇、水中的至少一种，优选为甲醇。
16、进一步地，步骤s2中惰性气体为氮气气氛或氩气气氛，优选为氩气气氛，热解温度为800℃-1000℃，优选为950℃-1000℃；热解处理时间为0.5h-3h，优选为1h-2h；升温速率为2℃/min-15℃/min，优选为5-10℃/min。
17、进一步地，步骤s3具体为：将第二前驱体、nd盐、含n小分子分散在溶剂中，通过超声处理0.5h-1h使其分散均匀，室温下搅拌6-12h后去除溶剂，得到第三前驱体。
18、进一步地，步骤s3中的nd盐为氯化钕、六水合氯化钕、乙酸钕、硝酸钕、六水合硝酸钕、乙酰丙酮钕中的至少一种。
19、进一步地，步骤s3中的含n小分子为：尿素、单氰胺、双氰胺、三聚氰胺、菲啰啉中的至少一种。
20、进一步地，步骤s3所述溶剂独立地选自甲醇、乙醇、异丙醇、水中的至少一种，优选为甲醇。
21、进一步地，步骤s3中第二前驱体与含n小分子和钕盐的质量比为1000：（1000-5000）：（5-200）。
22、进一步地，所述步骤s4中热解时使用的气氛为为氩气和氢气的混合气；其中，氢气的体积占比为3%-15%，优选为5-10%，余量为氩气；使用的热解温度为800℃-1000℃，优选为950℃-1000℃。热解处理时间为0.5h-3h，优选为1-2h，升温速率为2℃/min-15℃/min，优选为5-10℃/min。
23、进一步地，步骤s2中还包括对所述第二前驱体nd掺杂fenc催化剂进行酸浸处理。
24、进一步地，步骤s4还包括对nd掺杂fenc催化剂进行酸浸处理。
25、进一步地，所述酸浸处理具体为：将所述第二前驱体或所述nd掺杂fenc催化剂分散在0.5-3mol/l的酸液中进行浸泡，时间为4h-24h，优选为12h-20h；然后用水洗涤，优选为抽滤。1-3次水洗，干燥条件为25℃-60℃，优选为50℃-60℃，时间为4h-12h，优选为8-10h。
26、本申请的有益效果在于：
27、1.本申请提供了一种nd掺杂fenc催化剂。所述催化剂包括由n掺杂c形成的有机金属框架化合物载体,以及负载在所述载体上的nd和fe，通过nd原子4f层丰富的未充满轨道调控fe位点的电子结构，降低fe中心对氧还原中间体的吸附强度，优化决速步的自由能。合成的nd掺杂fenc催化剂氧还原活性更高且相比于传统fenc催化剂，nd的加入减少了催化剂的芬顿效应，氧气在催化剂表面发生氧气的两电子转移反应更少、四电子转移反应的比例更大，提升了反应效率，同时降低了过氧化氢产率，有助于提高催化剂耐久性。
28、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种Nd掺杂FeNC催化剂，其特征在于，包括:由N掺杂C形成的有机金属框架化合物载体，以及负载在所述载体上的Nd和Fe。
2.根据权利要求1所述的Nd掺杂FeNC催化剂，其特征在于，以元素单质计，Fe的质量百分比含量为0.3%-3%，Nd的质量百分含量为0.2%-1.5%，载体中N的质量百分含量为5%-20%。
3.一种权利要求1或2所述催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中：Fe盐为硝酸铁、九水硝酸铁、三氯化铁、六水合三氯化铁、乙酰丙酮铁中的至少一种；含N的有机配体为2-甲基咪唑、2-甲醛、4-氰基吡啶中的至少一种。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤S1为：将M盐、Fe盐、含N的有机配体分别溶解在溶剂中，混合顺序为先加入Fe盐溶液在含N的有机配体溶液中，充分混合后加入M盐溶液混合反应12h-24h，得到第一前驱体；其中，Fe盐、M盐、与含N的有机配体的摩尔比为9：（70-200）：（300-1000）。
6.根据权利要求3所述的制备方
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中的Nd盐为氯化钕、六水合氯化钕、乙酸钕、硝酸钕、六水合硝酸钕、乙酰丙酮钕中的至少一种；含N小分子为：尿素、单氰胺、双氰胺、三聚氰胺、菲啰啉中的至少一种；使用的溶剂为：乙醇、甲醇、异丙醇、水中的至少一种；步骤S3中第二前驱体与含N小分子和钕盐的质量比为1000：（1000-5000）：（5-200）。
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤S4中所述氩氢气氛中，氢气的体积占比为3%-15%，余量为氩气；使用的热解温度为800℃-1000℃，热解处理时间为0.5h-3h，升温速率为2℃/min-15℃/min。
9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中还包括对所述第二前驱体进行酸浸处理；步骤S4中还包括所述Nd掺杂FeNC催化剂进行酸浸处理。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述酸浸处理具体为：将所述第二前驱体或所述Nd掺杂FeNC催化剂分散在0.5mol/L-3mol/L的酸液中进行浸泡，时间为4h-24h，然后用水洗涤；干燥条件为25℃-60℃，时间为4h-12h。
...【技术特征摘要】
1.一种nd掺杂fenc催化剂，其特征在于，包括:由n掺杂c形成的有机金属框架化合物载体，以及负载在所述载体上的nd和fe。
2.根据权利要求1所述的nd掺杂fenc催化剂，其特征在于，以元素单质计，fe的质量百分比含量为0.3%-3%，nd的质量百分含量为0.2%-1.5%，载体中n的质量百分含量为5%-20%。
3.一种权利要求1或2所述催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中：fe盐为硝酸铁、九水硝酸铁、三氯化铁、六水合三氯化铁、乙酰丙酮铁中的至少一种；含n的有机配体为2-甲基咪唑、2-甲醛、4-氰基吡啶中的至少一种。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤s1为：将m盐、fe盐、含n的有机配体分别溶解在溶剂中，混合顺序为先加入fe盐溶液在含n的有机配体溶液中，充分混合后加入m盐溶液混合反应12h-24h，得到第一前驱体；其中，fe盐、m盐、与含n的有机配体的摩尔比为9：（70-200）：（300-1000）。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中，惰性气体为氮气气氛或氩气气氛，热解温度为800℃-1000℃；热解处理...
【专利技术属性】
技术研发人员：邢巍，张昱，刘长鹏，肖梅玲，金钊，梁亮，李晨阳，王晨，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：
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