【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及非贵金属团簇催化剂领域；更具体地说，是涉及一种以氮掺杂碳为载体的fe-cuo团簇协同单原子催化剂的制备方法及其应用。
技术介绍
1、传统上，例如铂和铱的贵金属被广泛应用于燃料电池等设备中的氧还原反应(orr)催化剂，因为它们在氧还原反应中表现出色。然而，贵金属的高成本、稀缺性和地球资源的不可持续性引发了对替代催化剂的研究需求。
2、非贵金属orr催化剂因其低成本、丰富性以及对可再生能源系统的可行性而备受关注。这类催化剂通常以过渡金属、碳材料、氮掺杂碳等为主要成分，旨在实现与贵金属相媲美的orr活性。研究者们通过设计合成新型催化剂结构、优化反应条件，以及深入理解催化机制，不断提高非贵金属orr催化剂的性能。
3、团簇是由几个到几十个原子或分子组成的纳米尺寸集合体，其尺寸相对较小，具有独特的电子结构和表面性质。这使得团簇催化剂在催化反应中表现出卓越的性能，对orr这一关键的电化学过程尤为重要。因此，团簇催化剂的设计和合成也成为研究的焦点。
4、研究者们对orr团簇催化剂的关注主要源于其具有高催化活性和选择性的潜力。相较于传统的块体材料或单原子催化剂，团簇协同单原子的催化剂能够提供更多的活性位点，同时减小催化剂与反应物之间的传质阻力，这为在氧还原过程中降低能量损失、提高催化效率提供了新的可能性。
5、此外，通过精确控制团簇的组成、结构和表面功能化，研究者们致力于调控催化剂的电子结构，以优化其对orr的催化性能。这一领域的深入研究有望推动新型orr团簇催化剂的开发，为高效能源
技术实现思路
1、本专利技术公开了一种fe-cuo团簇协同单原子催化剂的制备方法及其应用，该催化剂应用于氧还原反应时，fe掺杂cuo团簇和fe单原子协同构建了含氧反应中间体与电解质分子之间的氢键，该氢键不仅可以稳定含氧反应中间体，还可以拉伸fe-oh的fe-o键长，有助于oh*的脱附，更重要的是为质子传输提供了通道，提高了反应动力学。
2、本专利技术公开的fe-cuo团簇协同单原子催化剂的制备方法包括如下步骤：
3、s1，将铁盐、铜盐、偶氮二异丁腈(aibn)和丙烯腈溶解在溶剂中，得到前驱体溶液；
4、s2，使所述前驱体溶液在60～90℃、惰性气氛条件下进行聚合反应，得到cu/fe原位掺杂的聚丙烯腈cufe-pan；
5、s3，将聚丙烯腈cufe-pan在250～300℃下保温预定时间，以对聚丙烯腈进行预氧化；
6、s4，对预氧化后的产物进行酸洗；
7、s5，将酸洗后的产物在惰性气氛、800～1000℃下保温预定时间，得到以氮掺杂碳为载体的fe-cuo团簇协同单原子催化剂。
8、其中，步骤s4和s5可以交替重复一次或多次。
9、优选的，步骤s1使用的丙烯腈经过蒸馏处理。
10、根据本专利技术的一种具体实施方式，所述溶剂为丙酮。
11、根据本专利技术的一种具体实施方式，所述铁盐为三乙酰丙酮铁，所述铜盐为硝酸铜。
12、根据本专利技术的一种具体实施方式，所述铁盐和所述铜盐以cu和fe的摩尔比为1:1进行配比。
13、根据本专利技术的一种具体实施方式，步骤s2的聚合反应时间为2～8h，聚合反应后使用乙醇对聚丙烯腈cufe-pan进行洗涤。
14、根据本专利技术的一种具体实施方式，步骤s3中先以5～10℃/min的升温速率升温到100℃，再以0.05～0.1℃/min的升温速率升温到200～300℃并保温1～4h。
15、根据本专利技术的一种具体实施方式，步骤s4的酸洗包括：将预氧化后的产物与稀hno3溶液混合搅拌，随后进行抽滤、水洗和干燥。
16、本专利技术的第二方面公开了上述制备方法得到的fe-cuo团簇协同单原子催化剂在氧还原反应中的应用。
17、本专利技术的技术方案具有如下有益效果：
18、本专利技术中，先通过丙烯腈聚合反应将cu和fe离子原位掺杂到聚丙烯腈材料中，再通过预氧化、酸洗和碳化步骤，得到原子级分散的fe掺杂cuo团簇，其中fe单原子和fe-cuo团簇的协同，构建了含氧反应中间体和电解质分子之间的氢键。分析表明，该氢键的构建有利于稳定反应中间体，并且在orr的最后一步还拉还拉伸了fe-oh中的fe-o键键长，有利于oh*的脱附。
19、更重要的是，这个连接反应含氧中间体和电解质之间的氢键提供了质子传输的通道，促进了orr过程的质子转移，使催化剂具有极高的电催化氧还原性能。
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1.一种Fe-CuO团簇协同单原子催化剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤S4和S5交替重复一次或多次。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤S1使用的丙烯腈经过蒸馏处理。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述溶剂为丙酮。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述铁盐为三乙酰丙酮铁，所述铜盐为硝酸铜。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述铁盐和所述铜盐以Cu和Fe的摩尔比为1:1进行配比。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤S2的聚合反应时间为2～8h，聚合反应后使用乙醇对聚丙烯腈CuFe-PAN进行洗涤。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤S3中先以5～10℃/min的升温速率升温到100℃，再以0.05～0.1℃/min的升温速率升温到200～300℃并保温1～4h。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S4的酸洗包括：将预氧化后的
10.权利要求1～9任一项制备方法得到的Fe-CuO团簇协同单原子催化剂在氧还原反应中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种fe-cuo团簇协同单原子催化剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤s4和s5交替重复一次或多次。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤s1使用的丙烯腈经过蒸馏处理。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述溶剂为丙酮。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述铁盐为三乙酰丙酮铁，所述铜盐为硝酸铜。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述铁盐和所述铜盐以cu和fe的摩尔比为1:1进行配比。
7.根据...
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