一种氮掺杂石墨烯负载反尖晶石型磁性气凝胶材料的制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113501547A(43)申请公布日2021.10.15(21)申请号202110756344.5(22)申请日2021.07.05(71)申请人南京工业大学地址210009江苏省南京市鼓楼区新模范马路5号申请人江苏瑞盈新材料科技发展有限公司(72)发明人吴晓栋邰菊香崔升沈晓冬(74)专利代理机构南京天华专利代理有限责任公司32218代理人徐冬涛(51)Int.Cl.C01G49/00(2006.01)C01B32/184(2017.01)H01M4/90(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图2页(54)发明名称一种氮掺杂石墨烯负载反尖晶石型磁性气凝胶材料的制备方法(57)摘要本发明属于纳米多孔材料的制备工艺领域，涉及一种氮掺杂负载反尖晶石型磁性气凝胶材料的制备方法。通过将三价铁盐和二价金属盐进行混合，经水解反应后，引入促凝剂环氧化物，经溶胶‑凝胶和超临界干燥得到氮掺杂复杂反尖晶石型磁性气凝胶前驱体，然后在管式炉中在含氮气体氛围下进行热处理，从而最终制备出一种氮掺杂石墨烯负载反尖晶石型磁性气凝胶材料。本发明具有用料低廉和工艺便捷的优点，同时能耗低，工艺简单，容易实现规模生产。CN113501547ACN113501547A权利要求书1/1页1.一种氮掺杂石墨烯负载反尖晶石型磁性气凝胶材料的制备方法，其具体步骤如下：(1)将二价金属盐、三价铁盐、水、乙醇、氧化石墨烯粉末均匀混合后，在20～40℃的温度下均匀搅拌0.5～4h，得到二元金属溶胶体系；其中二价金属盐、三价铁盐、水、乙醇按照摩尔比(1.8～2.2)：1：(80～120)：(20～50)混合；氧化石墨烯和三价铁盐的质量比为(0.002～0.030)：1；(2)将环氧化物加入到步骤(1)中得到的二元金属溶胶体系中，在20～40℃的温度下均匀搅拌至凝胶，放置12～30h；其中的环氧化物与三价铁盐的摩尔比为(5～20):1；(3)将步骤(2)放置后的凝胶中加入老化液，在20～60℃的烘箱中置换，得到湿凝胶；(4)将步骤(3)得到的湿凝胶进行超临界干燥，得到氮掺杂石墨烯负载反尖晶石型磁性气凝胶前驱体；(5)将步骤(4)得到的磁性气凝胶前驱体在管式炉中含氮气体氛围下进行热处理，得到氮掺杂石墨烯负载反尖晶石型磁性气凝胶。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(1)中所述的三价铁盐为六水合氯化铁、九水合硝酸铁或无水氯化铁中的一种或其混合物。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(1)中所述的二价金属盐为氯化锌、九水合硝酸镁、六水合氯化钴、六水合硝酸钴、六水合氯化镍或四水合氯化锰二价金属盐中的一种或其混合物。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(2)中所述的环氧化物为环氧乙烷、环氧丙烷、1，2‑环氧丁烷、1，4‑二氧六环或环氧丙醇中的一种或其混合物。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(3)中所述的老化液为甲醇、正戊醇、乙醇、乙醚或异丙醇中的一种或其混合物；所述的置换次数为9～18次，每次间隔时间5～10小时。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(4)中所述的超临界干燥为乙醇或二氧化碳超临界干燥：其中乙醇超临界干燥时，反应温度为255～280℃，高压反应釜内压强为8～12MPa，维持该压力2～6h后以2～8L/min的速度泄压；二氧化碳超临界干燥时，反应温度为45～50℃，高压反应釜内压强为9～12MPa，放气速率为2～8L/min，干燥时间为8～12h。7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(5)中所述的含氮气体为氮气或氨气中的一种或其混合物；所述的热处理温度为600～1200℃；升温速度为3～10℃/min，热处理保温时间为2～6h。2CN113501547A说明书1/4页一种氮掺杂石墨烯负载反尖晶石型磁性气凝胶材料的制备方法技术领域[0001]本发明属于气凝胶材料的制备工艺领域，涉及一种采用一步溶胶‑凝胶法结合超临界干燥和高温热处理工艺制备一种氮掺杂石墨烯负载反尖晶石型磁性气凝胶材料的制备方法。背景技术[0002]燃料电池和金属空气电池由于高能量密度、高能量转换效率和环境友好等行性能而被认为移动和固定应用的潜在清洁和高效的储能装置，但是氧还原(ORR)过程的复杂性和动力学缓慢性限制了燃料电池和空气电池的发展。贵金属及其合金现今还是氧还原电催化反应最常用的高效催化剂，Goswam等通过一步溶剂热法合成碳载钯铜双金属纳米粒子ORR催化剂，与单金属合金相比双金属合金由于金属间的协同效应而具有更高的活性和稳定性，Pd3Cu/C合金纳米粒子表现出良好的ORR活性，在1600rpm下Pd3Cu/C纳米粒子的极限扩散电流密度为4.9mAcm‑2