一种固相宏量合成珊瑚状金属硒化物复合氮掺杂碳催化剂的方法及其应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115275227A(43)申请公布日2022.11.01(21)申请号202210764297.3(22)申请日2022.06.29(71)申请人合肥工业大学智能制造技术研究院地址230051安徽省合肥市包河区花园大道369号(72)发明人罗浩齐盼张大伟(74)专利代理机构安徽省合肥新安专利代理有限责任公司34101专利代理师卢敏(51)Int.Cl.H01M4/90(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图5页(54)发明名称一种固相宏量合成珊瑚状金属硒化物复合氮掺杂碳催化剂的方法及其应用(57)摘要本发明公开了一种固相宏量合成珊瑚状金属硒化物复合氮掺杂碳催化剂的方法及其应用，是先将无机金属盐与含氮多齿配体充分固相研磨获得前驱体，再将前驱体与硒粉在管式炉中进行加热硒化，从而获得。本发明提供的催化剂性能优异，可作为燃料电池及金属空气电池的阴极催化剂使用，是贵金属氧还原催化剂的潜力替代者，且本发明的合成方法简单、操作方便、成本低廉，易于规模化宏量生产。CN115275227ACN115275227A权利要求书1/1页1.一种固相宏量合成珊瑚状金属硒化物复合氮掺杂碳催化剂的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将无机金属盐与含氮多齿配体充分固相研磨，得到前驱体；(2)将适量硒粉和步骤(1)所得前驱体装入石英舟中，然后将石英舟放入管式炉的温控区，并使硒粉位于前驱体的上游；在惰性气氛下进行加热处理，所得产物经洗涤、离心和干燥，即获得珊瑚状金属硒化物复合氮掺杂碳催化剂。2.根据权利要求1所述的一种固相宏量合成珊瑚状金属硒化物复合氮掺杂碳催化剂的方法，其特征在于：步骤(1)中，所述的无机金属盐为无机金属铁盐、钴盐和镍盐中的至少一种。3.根据权利要求1所述的一种固相宏量合成珊瑚状金属硒化物复合氮掺杂碳催化剂的方法，其特征在于：步骤(1)中，所述的含氮多齿配体为次氮基三乙酸、乙二胺四乙酸、二亚乙基三胺五乙酸和乙二醇二乙醚二胺四乙酸中的一种。4.根据权利要求1所述的一种固相宏量合成珊瑚状金属硒化物复合氮掺杂碳催化剂的方法，其特征在于：步骤(1)中，无机金属盐与含氮多齿配体的摩尔比为1：0.5‑2。5.根据权利要求1所述的一种固相宏量合成珊瑚状金属硒化物复合氮掺杂碳催化剂的方法，其特征在于：步骤(2)中，硒粉与前驱体的质量比为1：0.1‑2。6.根据权利要求1所述的一种固相宏量合成珊瑚状金属硒化物复合氮掺杂碳催化剂的方法，其特征在于：步骤(2)中，所述加热处理的温度为400‑900℃，处理时间为1‑8小时。7.一种权利要求1～6中任意一项所述的方法所制得的珊瑚状金属硒化物复合氮掺杂碳催化剂。8.根据权利要求7所述的珊瑚状金属硒化物复合氮掺杂碳催化剂，其特征在于：所述催化剂具有介孔分布，孔径为2‑50nm。9.一种权利要求7或8所述珊瑚状金属硒化物复合氮掺杂碳催化剂在燃料电池或金属‑空气电池阴极氧还原催化剂中的应用。10.一种以权利要求7或8所述珊瑚状金属硒化物复合氮掺杂碳催化剂作为阴极氧还原催化剂的燃料电池或金属‑空气电池。2CN115275227A说明书1/5页一种固相宏量合成珊瑚状金属硒化物复合氮掺杂碳催化剂的方法及其应用技术领域[0001]本发明属于催化剂领域，具体涉及一种固相宏量合成珊瑚状金属硒化物复合氮掺杂碳催化剂的方法及其应用。背景技术[0002]随着社会的不断发展，能源及环境问题的关注程度越来越大，开发高效、清洁、安全、可持续的新能源具有极大的需求。燃料电池是一种直接将化学能转换成电能的装置，它具有转换效率高、比能量高与环境友好等特点，有望成为未来电动汽车的一种替代化学电源。金属‑空气电池因为具备成本较低、能量高以及绿色环保等优势，具有非常大的研究价值。但这两种电池关键阴极过程氧还原反应动力学迟缓，铂基贵金属催化剂能在一定程度上解决动力学迟缓问题，但铂基贵金属由于价格昂贵储量稀少，不利于燃料电池以及金属空气电池的发展。因此，当前迫切需要开发一种能够宏量低成本制备的非贵金属催化剂以推动燃料电池及金属‑空气电池宏量产业化开发。[0003]目前，基于贵金属氧还原催化剂高昂的价格以及稀少的储量，国内外对氧还原催化剂都进行了大量的研发，大量的非贵金属氧还原催化剂都被研发出来，其中主要的非贵金属氧还原催化剂分为如下几类：基于铁/钴/镍和氮掺杂修饰的材料、基于杂原子掺杂碳材料、基于过渡金属硒化物或硫化物复合氮掺杂碳修饰的材料、基于过渡金属氧化物或硫化物材料等等。其中，过渡金属硒化物或硫化物复合氮掺杂碳材料的制备过程繁琐、工艺过程复杂、反应过程不可控等特点，导致这些催化剂不适合宏量生产，如水热硒化过程每次只能硒化少量材料，单次只能制备少量催化剂，难以宏量工业化生产催化剂，这也就限