一类卟啉金属有机框架衍生金属单原子与原子簇共负载的多孔碳材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术属于电催化剂材料技术领域，公开了一类卟啉金属有机框架衍生金属单原子与原子簇共负载的多孔碳材料及其制备方法与应用。本发明专利技术基于卟啉MOFs前驱体，通过高温热解形成单原子和原子簇共负载氮掺杂碳材料，并通过引入硫掺杂参与金属原子配位，提高碳基内金属原子簇稳定性。此外，硫掺杂可创造富缺陷结构，有助于提高电子转移效率。所设计的金属原子簇与相邻单原子位点间的电子离域效应有助于优化单原子活性位点电子结构，进而提升电催化ORR性能和锌空气电池的能量转换效率。

【技术实现步骤摘要】

：本专利技术设计属于电催化剂材料和电化学储能，具体涉及一类卟啉金属有机框架衍生金属单原子与原子簇共负载的多孔碳材料的制备方法及其在电催化氧还原反应的应用研究。

技术介绍

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技术介绍
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1、金属空气电池包括锌空气电池具有高比能量密度和无碳排放的优势，引起了广泛的关注。锌空气电池由于其阴极氧化还原(orr)缓慢的动力学限制了其的大规模应用，目前常用的pt基贵金属催化剂具有优异的催化活性，但由于其自然储量少，价格昂贵，稳定性差限制了其商用化进程。因此，开发低成本的非贵金属orr催化剂用于新一代清洁能源就显得至关重要。

2、单原子催化近年来因其高原子利用率和高催化选择性在多个领域(尤其是催化方面)受到广泛关注。特别的，金属氮碳(m-nc)单原子活性中心对催化氧还原反应中的含氧中间体展现出良好的亲和力和催化选择性。但与商业化pt/c催化剂相比，m-nc单原子催化剂仍然面临金属负载量低、催化活性低(半波电位较低和电流密度较小)等不足。近年来，通过优化单原子配位微环境成为提高其催化活性，如非氮阴离子(b、s、p等)杂原子掺杂、创造缺陷结构、构筑本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一类卟啉金属有机框架衍生金属单原子与原子簇共负载的多孔碳材料的制备方法，其特征在于：先制备卟啉基MOF，加热碳化后得到金属负载氮掺杂碳材料；以高温的硫蒸气的方式引入硫，最后将产物采用氢氟酸刻蚀，制得金属单原子与硫配位原子簇共负载的氮、硫掺杂碳材料，记M/SMx-NC；其中M为锰、铁、钴、镍、铜、锌、锆、钼、钌、镧、铈中的一种或多种组成。

2.根据权利要求1所述卟啉金属有机框架衍生金属单原子与原子簇共负载的多孔碳材料的制备方法，其特征在于：具体制备步骤为：

3.根据权利要求2所述卟啉金属有机框架衍生金属单原子与原子簇共负载的多孔碳材料的制备方法，其特征在于：步骤...

【技术特征摘要】

1.一类卟啉金属有机框架衍生金属单原子与原子簇共负载的多孔碳材料的制备方法，其特征在于：先制备卟啉基mof，加热碳化后得到金属负载氮掺杂碳材料；以高温的硫蒸气的方式引入硫，最后将产物采用氢氟酸刻蚀，制得金属单原子与硫配位原子簇共负载的氮、硫掺杂碳材料，记m/smx-nc；其中m为锰、铁、钴、镍、铜、锌、锆、钼、钌、镧、铈中的一种或多种组成。

2.根据权利要求1所述卟啉金属有机框架衍生金属单原子与原子簇共负载的多孔碳材料的制备方法，其特征在于：具体制备步骤为：

3.根据权利要求2所述卟啉金属有机框架衍生金属单原子与原子簇共负载的多孔碳材料的制备方法，其特征在于：步骤(a)中金属盐类为锰、铁、钴、镍、铜、锌、锆、钼、钌、镧、铈金属盐中的一种或多种组成；金属盐类中金属的摩尔质量浓度为1～10mmol/l；卟啉化合物为5,10,15,20-四(4-氨基苯基)卟啉、5,10,15,20-四(4-吡啶基)卟啉、5,10,15-三(4-氨基苯基)咔咯和5,10,15-三(4-吡啶基)咔咯中的一种，卟啉化合物在混合溶液中浓度为0.5～5mg/ml；聚乙烯吡咯烷酮的浓度为0.1～5.0mg/ml。

4.根据权利要求2所述卟啉金...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈望一，李忠玉，吴婧，荣坚，荣新山，陈禹，郑旭东，刘麟，唐燕，张雨哲，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：