【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及燃料电池催化剂，尤其涉及一种碳基非金属催化剂及其制备方法与在燃料电池阴极中的应用。
技术介绍
1、燃料电池是一种极有前景的清洁能源，具有能源利率用高的优点，但是受限于阴极氧还原反应的缓慢行动，目前市场上大都使用贵金属pt作为阴极催化剂，也正因于此，燃料电池的大规模应用受到了限制，为解决此问题，科研工作者将注意转移到了如何降低或者不使用贵金属上，碳基非金属催化剂是一种不需要使用金属的催化剂，可以通过杂原子掺杂、制造缺陷等方法使催化剂具有更高的活性。
2、夏宝玉等人(tian x,zhao x,su y q,et al.engineering bunched pt-ni alloynanocages for efficient oxygen reduction in practical fuel cells si.pdf[j].science,2019,366(6467):850-856.doi:10.1126/science.aaw7493.)报道了一种用于燃料电池阴极的催化剂，它是具有铂壳结构的一维束状铂镍合金纳米笼，该催化剂具有较高的活性，且降低了铂的用量，但仍无法完全不使用贵金属；梁爽等人(liang,s,et al.,highly stable co single atom confined in hierarchical carbon molecular sieveas efficient electrocatalysts in metal–air batteries.advanced ener
3、尽管上述催化剂在燃料电池阴极催化剂的领域都展示出了一定的潜力，但它们各自都存在一些不足。铂镍合金纳米笼虽降低了铂的用量，但仍无法摆脱贵金属的依赖，成本高昂；co掺杂碳分子筛虽提高了氧还原活性，但其极限电流密度尚未达到铂基催化剂的标准；而杂原子掺杂氧化石墨烯虽为无金属催化剂提供了新的方向，但其制备过程的复杂性和长期稳定性仍需进一步探索和优化。因此，在燃料电池阴极催化剂的研发过程中，仍需不断探索和创新，以寻求更加高效、稳定且成本效益更高的催化剂材料。因此亟需提供一种方案改善上述问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种碳基非金属催化剂及其制备方法与在燃料电池阴极中的应用，通过采用分子筛作为模版剂，将氮元素、硫元素共掺杂在具有分子筛骨架的碳材料上，不但具有分子筛的高比表面积和独特孔道结构，还能过提高催化活性，无需使用贵金属材料，降低了制造成本，还能够避免金属活性位点被毒化的风险。
2、第一方面，本专利技术提供的一种碳基非金属催化剂的制备方法，包括：将分子筛、碳源、氮源与浓硫酸在液体环境中混合后蒸干得复合前驱体；将复合前驱体在600℃-900℃氮气下煅烧后，在70℃-90℃的氢氧化钠溶液中刻蚀制得复合中间体；将复合中间体在600℃-900℃氨气下煅烧后冷却得碳基非金属催化剂。
3、可选地，将分子筛、碳源、氮源与浓硫酸在液体环境中混合时，预先将分子筛、碳源与氮源在液体环境中分散后，再加入浓硫酸混合。
4、可选地，所述分子筛包括mcm-48。
5、可选地，所述碳源包括蔗糖、葡萄糖、淀粉、氨基葡萄糖盐酸盐中的一种。
6、可选地，所述氮源包括尿素、三聚氰胺中的一种。
7、可选地，所述碳源与所述氮源的质量比为1：(0.1-2)。
8、可选地，所述分子筛的制备方法包括：将十六烷基三甲基溴化钠与氢氧化钠混合溶解后制得混合溶液；将硅源加入混合溶液内进行水热反应后，分离、干燥、焙烧得分子筛。
9、可选地，所述硅源包括二氧化硅溶胶、正硅酸乙酯中的一种。
10、可选地，所述硅源与所述十六烷基三甲基溴化钠的质量比为1：(0.2-0.8)。
11、可选地，所述硅源与所述氢氧化钠的质量比为1：(0.02-0.1)。
12、可选地，所述混合溶液的ph为12.5-14。
13、可选地，将硅源加入混合溶液内，在140℃-160℃下进行水热反应。
14、可选地，将硅源加入混合溶液内水热反应20h-28h。
15、可选地，分离干燥后在400℃-700℃下焙烧得分子筛。
16、可选地，分离干燥后以2℃/min-8℃/min的速率升温并保温焙烧得分子筛。
17、可选地，将分子筛、碳源、氮源与浓硫酸在液体环境中混合后，依次在90℃-110℃、140℃-160℃下相互独立地保温5h-8h。
18、可选地，在氮气气氛下，将复合前驱体以1℃/min-10℃/min的速率升温至600℃-900℃。
19、可选地，在氨气气氛下，将复合中间体以1℃/min-10℃/min的速率升温至600℃-900℃。
20、可选地，所述氢氧化钠溶液的浓度为1mol/l-3mol/l。
21、可选地，在所述氢氧化钠溶液中刻蚀10h-14h。
22、可选地，在所述氢氧化钠溶液中刻蚀后干燥。
23、第二方面，本专利技术还提供了一种采用上述任一可选制备方法所制得的碳基非金属催化剂。
24、第三方面，本专利技术还提供了一种采用上述任一可选制备方法所制得的碳基非金属催化剂在燃料电池阴极中的应用。
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1.一种碳基非金属催化剂的制备方法，其特征在于，包括：将分子筛、碳源、氮源与浓硫酸在液体环境中混合后蒸干得复合前驱体；将复合前驱体在600℃-900℃氮气下煅烧后，在70℃-90℃的氢氧化钠溶液中刻蚀制得复合中间体；将复合中间体在600℃-900℃氨气下煅烧后冷却得碳基非金属催化剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：将分子筛、碳源、氮源与浓硫酸在液体环境中混合时，预先将分子筛、碳源与氮源在液体环境中分散后，再加入浓硫酸混合；其中：所述分子筛包括MCM-48；和/或，所述碳源包括蔗糖、葡萄糖、淀粉、氨基葡萄糖盐酸盐中的一种；和/或，所述氮源包括尿素、三聚氰胺中的一种；和/或，所述碳源与所述氮源的质量比为1：(0.1-2)。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述分子筛的制备方法包括：将十六烷基三甲基溴化钠与氢氧化钠混合溶解后制得混合溶液；将硅源加入混合溶液内进行水热反应后，分离、干燥、焙烧得分子筛。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述硅源包括二氧化硅溶胶、正硅酸乙酯中的一种；和/或，所述硅源与所述十六
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：将硅源加入混合溶液内，在140℃-160℃下进行水热反应；和/或，将硅源加入混合溶液内水热反应20h-28h；和/或，分离干燥后在400℃-700℃下焙烧得分子筛；和/或，分离干燥后以2℃/min-8℃/min的速率升温并保温焙烧得分子筛。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，将分子筛、碳源、氮源与浓硫酸在液体环境中混合后，依次在90℃-110℃、140℃-160℃下相互独立地保温5h-8h。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在氮气气氛下，将复合前驱体以1℃/min-10℃/min的速率升温至600℃-900℃；和/或，在氨气气氛下，将复合中间体以1℃/min-10℃/min的速率升温至600℃-900℃。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在70℃-90℃的氢氧化钠溶液中刻蚀时，包括：所述氢氧化钠溶液的浓度为1mol/L-3mol/L；和/或，在所述氢氧化钠溶液中刻蚀10h-14h；和/或，在所述氢氧化钠溶液中刻蚀后干燥。
9.一种如权利要求1至8任一项所述制备方法所制得的碳基非金属催化剂。
10.一种如权利要求1至8任一项所述制备方法所制得的碳基非金属催化剂在燃料电池阴极中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种碳基非金属催化剂的制备方法，其特征在于，包括：将分子筛、碳源、氮源与浓硫酸在液体环境中混合后蒸干得复合前驱体；将复合前驱体在600℃-900℃氮气下煅烧后，在70℃-90℃的氢氧化钠溶液中刻蚀制得复合中间体；将复合中间体在600℃-900℃氨气下煅烧后冷却得碳基非金属催化剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：将分子筛、碳源、氮源与浓硫酸在液体环境中混合时，预先将分子筛、碳源与氮源在液体环境中分散后，再加入浓硫酸混合；其中：所述分子筛包括mcm-48；和/或，所述碳源包括蔗糖、葡萄糖、淀粉、氨基葡萄糖盐酸盐中的一种；和/或，所述氮源包括尿素、三聚氰胺中的一种；和/或，所述碳源与所述氮源的质量比为1：(0.1-2)。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述分子筛的制备方法包括：将十六烷基三甲基溴化钠与氢氧化钠混合溶解后制得混合溶液；将硅源加入混合溶液内进行水热反应后，分离、干燥、焙烧得分子筛。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述硅源包括二氧化硅溶胶、正硅酸乙酯中的一种；和/或，所述硅源与所述十六烷基三甲基溴化钠的质量比为1：(0.2-0.8)；和/或，所述硅源与所述氢氧化钠的质量比为1：(0.02-0.1)；和/或，所述混合溶液的ph为12.5-14。<...
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