金属-氮-碳（M-N-C）单原子催化剂、及其制备方法和应用技术

本申请公开了金属‑氮‑碳(M‑N‑C)单原子催化剂、及其制备方法和应用，其制备方法包括以下步骤：通入5Pa～100Pa的氢气对金属酞菁(MPc)粉末进行热处理，使所述MPc粉末升华为MPc分子，所述MPc分子蒸镀并嵌入到碳材料表面的石墨平面上，制得M‑N‑C单原子催化剂，热处理温度为600℃～1000℃，所述热处理时间为0.5h～5h。本申请的制备方法中，使用5Pa～100Pa低压条件能促进所述MPc粉末升华成MPc分子，进而均匀地分散于碳材料表面；600℃～1000℃的高温热处理将MPc分子嵌入到碳材料表面的石墨平面内形成M‑N‑C单原子催化剂；热处理过程中通入的氢气则有效提升了M‑N‑C单原子催化剂的氧还原(ORR)活性。采用本申请制备方法所制得的催化剂在氧还原领域具有广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及催化剂领域，尤其涉及金属-氮-碳(m-n-c)单原子催化剂、及其制备方法和应用。

技术介绍

1、质子交换膜燃料电池是绿色氢能实用化的一个重要场景，具有能量密度高、清洁环保、可低温快速启动等优点，受到了广泛的关注与研究。然而，其阴极氧还原反应(oxygenreduction reaction,orr)动力学缓慢，需要大量贵金属铂(pt)催化剂，提高了生产成本。近年来，金属-氮-碳单原子催化剂(m-n-c，m＝fe、co、ni、mn、cu等)展现出媲美pt的催化活性。与传统金属催化剂相比，m-n-c催化剂具有100％的原子利用率和可调节的孔结构，不仅可以在苛刻的酸性环境下快速催化氧还原反应，还提供了丰富的气液输运通道，促进传质导热，有助于提升燃料电池性能。然而，单原子活性中心需要氮元素的配位，将碳载体、含氮配体和金属前驱体在高温下热解可制备m-n-c催化剂(文献一：gupta,s.et al.heat-treated polyacrylonitrile-based catalysts for oxygen electroreduction.j.app本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种金属-氮-碳(M-N-C)单原子催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的M-N-C单原子催化剂的制备方法，其特征在于，所述碳材料与所述MPc粉末的质量比为10:1～1:2。

3.如权利要求1所述的M-N-C单原子催化剂的制备方法，其特征在于，所述M-N-C单原子催化剂中金属的质量百分比为0.5％～10％。

4.如权利要求1所述的M-N-C单原子催化剂的制备方法，其特征在于，所述碳材料的比表面积为200cm2/g～2000cm2/g。

5.如权利要求1所述的M-N-C单原子催化剂的制备方法，其特征在于，所述...

【技术特征摘要】

1.一种金属-氮-碳(m-n-c)单原子催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的m-n-c单原子催化剂的制备方法，其特征在于，所述碳材料与所述mpc粉末的质量比为10:1～1:2。

3.如权利要求1所述的m-n-c单原子催化剂的制备方法，其特征在于，所述m-n-c单原子催化剂中金属的质量百分比为0.5％～10％。

4.如权利要求1所述的m-n-c单原子催化剂的制备方法，其特征在于，所述碳材料的比表面积为200cm2/g～2000cm2/g。

5.如权利要求1所述的m-n-c单原子催化剂的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：干林，李泽健，朱绪娅，李佳，康飞宇，
申请(专利权)人：清华大学深圳国际研究生院，
类型：发明
国别省市：