一种氮掺杂碳多孔空心碳催化剂及其制备方法和应用.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CN109950552A(43)申请公布日2019.06.28(21)申请号201910267071.0(22)申请日2019.04.03(71)申请人浙江工业大学地址310014浙江省杭州市下城区潮王路18号(72)发明人王建国袁博文钟兴(74)专利代理机构杭州浙科专利事务所(普通合伙)33213代理人周红芳(51)Int.Cl.H01M4/86(2006.01)H01M4/88(2006.01)H01M4/96(2006.01)H01M8/18(2006.01)权利要求书1页说明书6页附图2页(54)发明名称一种氮掺杂碳多孔空心碳催化剂及其制备方法和应用(57)摘要本发明公开了一种氮掺杂碳多孔空心碳催化剂及其制备方法和应用，所述催化剂的制备方法为：将咪唑类物质与锌盐混合后加入到醇类溶液中，搅拌均匀，静置、过滤、干燥，得到的固体粉末加入到去离子水中，超声混合均匀，得混合液A；将有机酸水溶液用强碱调节pH至7-9，得混合液B；混合液A和混合液B混合，搅拌均匀后，经离心分离、干燥，得到吸附有机酸根阴离子的固体粉末，吸附有机酸根阴离子的固体粉末再与离子液体放入管式炉中，于高纯气氛下高温煅烧，最终得到所述的氮掺杂碳多孔空心碳催化剂。本发明制备的氮掺杂碳多孔空心碳催化剂，具有高的电催化活性，超强的稳定性，通过验证本发明的催化剂的电化学还原氧气的性能优于商业铂碳。CN109950552ACN109950552A权利要求书1/1页1.一种氮掺杂碳多孔空心碳催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1）将咪唑类物质与锌盐以1-4:1的质量比混合，混合物再加入到醇类溶液中，搅拌均匀后，静置、过滤、干燥，得到固体粉末；2）将步骤1）所得0.15-0.45g固体粉末加入到10-30mL去离子水中，超声混合均匀，得混合液A；将浓度为0.03-0.1g/mL的有机酸水溶液用强碱调节pH至7-9，得混合液B；3）将步骤2）中混合液A和混合液B以0.2-0.5:1的体积比混合，搅拌均匀后，经离心分离、干燥，得到吸附有机酸根阴离子的固体粉末；4）将步骤3）所得固体粉末与离子液体以1-5:1的质量比混合均匀，混合物再放入管式炉中，于高纯气氛下高温煅烧，煅烧时间为1-3h，最终得到所述的氮掺杂碳多孔空心碳催化剂。2.如权利要求1所述的一种氮掺杂碳多孔空心碳催化剂的制备方法，其特征在于步骤1）中，所述锌盐为硝酸锌、硫酸锌或氯化锌，优选为硝酸锌或氯化锌；咪唑类物质为甲基咪唑、2-甲基咪唑、1,2-二甲基咪唑、4-甲基咪唑、1,2-二甲基-5-硝基咪唑或二甲硝咪唑，优选为2-甲基咪唑或1,2-二甲基咪唑；所述醇类溶剂为乙醇、甲醇、乙二醇或丁醇，优选为甲醇或乙醇。3.如权利要求1所述的一种氮掺杂碳多孔空心碳催化剂的制备方法，其特征在于步骤2）中，所述有机酸为单宁酸、苯甲酸或乙酸，优选为单宁酸；强碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化镁或氢氧化钙，优选为氢氧化钠或氢氧化钾。4.如权利要求1所述的一种氮掺杂碳多孔空心碳催化剂的制备方法，其特征在于步骤4）中，所述离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-羟乙基-3-甲基咪唑二腈胺盐或1-乙烯基-3-甲基咪唑二腈胺盐，优选为1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐。5.如权利要求1所述的一种氮掺杂碳多孔空心碳催化剂的制备方法，其特征在于步骤4）中，高纯气氛的气体为氨气、氮气、氩气、氦气或空气，优选为氮气或氩气；所述高纯气氛的气体通入管式炉内的流速为30-60mL/min。6.如权利要求1所述的一种氮掺杂碳多孔空心碳催化剂的制备方法，其特征在于步骤4）中，高温煅烧的温度为700-950℃。7.如权利要求1所述的一种氮掺杂碳多孔空心碳催化剂的制备方法，其特征在于步骤1）中，咪唑类物质的质量与醇类溶剂的体积之比为1:10-40，质量的单位为g，体积的单位为mL。8.如权利要求1~7任意一项所述的方法制备的氮掺杂碳多孔空心碳催化剂。9.如权利要求8所述的氮掺杂碳多孔空心碳催化剂在电催化氧还原反应中的应用。10.如权利要求9所述的应用，其特征在于以电化学工作站作为电化学发生装置，以所述氮掺杂碳多孔空心碳催化剂作为工作电极，以石墨棒作为对电极，银/氯化银作为参比电极，以0.05-0.2mol/L的KOH水溶液作为电解液，进行电化学氧还原反应。2CN109950552A说明书1/6页一种氮掺杂碳多孔空心碳催化剂及其制备方法和应用技术领域[0001]本发明涉及一种氮掺杂碳多孔空心碳催化剂及其制备方法和应用。背景技术[0002]２１世纪亘古不变的两大话题：能源和环境危机；这影响着全球的生态、经济，以及人类的生存。上世纪至今，传统化石能源支撑着全人类经济和工业产业的发展，而今化石燃