【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于燃料电池，涉及一种氮硫共掺杂碳材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、碳材料来源广泛，性质丰富，已被广泛应用在各个领域。在燃料电池电化学领域，碳材料因其优异的导电性能和丰富的孔道结构，被应用为电催化剂中重要的贵金属载体，其不仅可以提升催化剂的活性，还能够极大地降低贵金属(例如铂)的使用量。
2、目前燃料电池常用的催化剂之一是铂碳催化剂，而现有的铂碳催化剂一般使用的是商业化的碳材料，如导电炭黑，其被认为是非常好的催化剂载体材料，但是，采用上述载体制备的铂碳催化剂存在稳定性差的问题，这就导致现有铂碳催化剂的氧还原电催化稳定性还没有达到最佳的水平，仍不能满足燃料电池的大规模商业化应用需求。
3、因此，有研究人员对碳材料进行改性以提升性能，专利cn114105122a公开了一种硫掺杂碳材料的制备方法及其作为电极催化剂载体在电化学中的应用；专利cn114899437a专利技术了一种掺氮介孔碳负载pt燃料电池阴极催化剂的制备方法，利用该材料负载pt制备得到的掺氮介孔碳负载pt燃料电池阴极催化剂可以提升电催化氧还原的稳定性。但是，采用以上方法，难以兼顾保证碳载体的孔道结构稳定和催化剂的性能稳定。
4、因此，亟需对碳材料载体进行改性，在保证碳载体的孔道结构稳定的同时，提升相应的铂碳催化剂的稳定性。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种氮硫共掺杂碳材料及其制备方法和应用。本专利技术对碳前驱体进行氮硫双原子掺杂，不仅没
2、为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供了一种氮硫共掺杂碳材料的制备方法，所述制备方法包括：
4、(1)将具有孔道结构的碳前驱体、氮源、硫源和分散溶剂混合，干燥后进行热处理，得到复合前驱体，其中，所述碳前驱体的质量与氮源和硫源的质量总和的比为(3～15):1(例如可以是3:1、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1、9:1、10:1、11:1、12:1、13:1、14:1或15:1等)；
5、(2)对步骤(1)所述复合前驱体进行酸洗，得到所述氮硫共掺杂碳材料。
6、本专利技术提供了一种氮硫共掺杂碳材料的制备方法，对具有孔道结构的碳前驱体进行氮硫双原子掺杂，不仅没有破坏碳前驱体的孔道结构，而且合理调控掺杂的含量，将碳前驱体质量与氮源和硫源质量总和的比限定为(3～15):1；在碳前驱体能够保持孔道结构的基础上，采用本专利技术的制备方法，能够使用较少的氮源和硫源，实现氮硫双原子高掺杂，提高掺杂源的利用率，使得最终的碳材料中具有高掺杂原子含量，可引入更多的活性位点和缺陷，同时可改变碳前驱体的电子结构，并且氮硫双原子还能锚定铂原子，强化金属-载体间的相互作用，进而可提升铂碳催化剂的orr反应活性及稳定性。本专利技术的制备方法简单，合成过程可控，批次一致性高，拓展性强，可以实现工业化的生产推广。
7、本专利技术中，若碳前驱体的质量与氮源和硫源的质量总和的比过高，即氮源和硫源较少，会导致碳材料中的氮硫含量较低，不能在铂碳催化剂制备过程中很好地修饰铂颗粒-载体间的互相作用，进而难以提升氧还原催化活性；若碳前驱体的质量与氮源和硫源的质量总和的比过低，即氮源和硫源较多，导致碳材料中氮硫含量太高，掺入后氮硫元素分布不均匀、不稳定，且严重堵塞原碳载体的孔道结构，不利于提高催化剂活性。
8、优选地，步骤(1)所述碳前驱体采用成熟量产商业碳载体，其导电性好，纯度高，粒径均一，且比表面积高。
9、优选地，步骤(1)所述碳前驱体包括xc-72、xc-72r、ec-300j和ec-600jd中的至少一种。
10、本专利技术中，优选的碳前驱体具有多级孔道结构。
11、优选地，步骤(1)所述碳前驱体的粒径d50为30～70nm，例如可以是30nm、35nm、40nm、45nm、50nm、60nm、65nm或70nm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
12、优选地，步骤(1)所述碳前驱体的比表面积为180～1500m2/g，例如可以是180m2/g、200m2/g、250m2/g、300m2/g、500m2/g、700m2/g、1000m2/g、1200m2/g、1400m2/g或1500m2/g等。
13、优选地，步骤(1)所述氮源包括l-半胱氨酸、甲硫氨酸、硫脲和硫代乙酰胺中的至少一种。
14、优选地，步骤(1)所述硫源包括l-半胱氨酸、甲硫氨酸、硫脲和硫代乙酰胺中的至少一种。
15、本专利技术中，氮源和硫源优选为同时包含氮元素和硫元素的有机物，可以实现氮和硫双元素的同时掺入，且不会破坏碳前驱体的多级孔道结构。
16、优选地，所述氮源和硫源的种类相同。
17、本专利技术中，优选种类相同的氮源和硫源，这使得添加一种原料(如l-半胱氨酸、甲硫氨酸、硫脲或硫代乙酰胺中的任意一种)即可实现氮硫双原子掺杂，能够简化工艺，利于工业应用。
18、优选地，步骤(1)所述分散溶剂包括水、乙醇和异丙醇中的至少一种。
19、优选地，所述碳前驱体和分散溶剂的质量体积比为(5～30)mg:1ml，例如可以是5mg:1ml、6mg:1ml、8mg:1ml、10mg:1ml、12mg:1ml、15mg:1ml、20mg:1ml、25mg:1ml或30mg:1ml等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
20、本专利技术中，若碳前驱体与分散溶剂的质量体积比过高，会因碳前驱体浓度太高掺入不均匀，甚至出现块状团聚，导致催化剂稳定性降低；若碳前驱体与分散溶剂的质量体积比过低，会导致制备氮硫共掺杂碳材料所需时间较长，制备效率较低。
21、优选地，步骤(1)所述混合的过程中伴有超声。
22、优选地，步骤(1)所述干燥的温度为50～100℃，例如可以是50℃、60℃、70℃、80℃、90℃或100℃等，所述干燥的时间为6～24h，例如可以是6h、8h、10h、15h、18h、20h、22h或24h等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
23、优选地，步骤(1)所述热处理的温度为500～1000℃，例如可以是500℃、550℃、600℃、650℃、700℃、750℃、800℃、850℃、900℃、950℃或1000℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
24、本专利技术中，过高的热处理温度会极大地破坏碳前驱体的原孔道结构，高温致使孔道塌陷、堵塞以至于载体表面积极大降低，从而导致催化剂活性和稳定性大幅降低；过低的热处理温度，导致不能促进n-c和s-c等共价键本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种氮硫共掺杂碳材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述碳前驱体包括XC-72、XC-72R、EC-300J和EC-600JD中的至少一种；
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述混合的过程中伴有超声；
4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述酸洗采用的酸包括盐酸；
5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括：
6.一种氮硫共掺杂碳材料，其特征在于，所述氮硫共掺杂碳材料由权利要求1-5任一项所述的制备方法制备得到。
7.一种铂碳催化剂，其特征在于，所述铂碳催化剂包括权利要求6所述的氮硫共掺杂碳材料，和负载在所述氮硫共掺杂碳材料上的铂金属颗粒。
8.一种权利要求7所述的铂碳催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤(ⅰ)所述铂源包括氯铂酸；
10.一种燃料电池
...【技术特征摘要】
1.一种氮硫共掺杂碳材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述碳前驱体包括xc-72、xc-72r、ec-300j和ec-600jd中的至少一种；
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述混合的过程中伴有超声；
4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述酸洗采用的酸包括盐酸；
5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括：
【专利技术属性】
技术研发人员：孙奎，王英，程晓草，高姣姣，李咏焕，邱天杰，彭裕，
申请(专利权)人：中汽创智科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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