一种氮掺杂的石墨化碳封装铁纳米颗粒的制备方法.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(10)申请公布号CN104607224A(43)申请公布日(43)申请公布日2015.05.13(21)申请号201310540896.8(22)申请日2013.11.04(71)申请人中国科学院大连化学物理研究所地址116023辽宁省大连市中山路457号(72)发明人汪国雄王静谭大力包信和(74)专利代理机构沈阳科苑专利商标代理有限公司21002代理人马驰(51)Int.Cl.B01J27/24(2006.01)H01M4/90(2006.01)B82Y40/00(2011.01)权利要求书1页说明书3页附图3页(54)发明名称一种氮掺杂的石墨化碳封装铁纳米颗粒的制备方法(57)摘要本发明公开了一种氮掺杂的石墨化碳封装铁纳米颗粒的制备方法，将柠檬酸铁铵与双氰胺溶于水，混合均匀后加热去除溶剂，得到固体粉末；固体粉末置于石英舟内，然后放入装有石英管的管式炉中；通入惰性气体，升温至500～1100℃，并保持0.5～7小时，冷却至室温；将得到的固体在酸溶液和低于100℃的温度下处理12～36小时，过滤水洗烘干后，得到目的材料。在该材料中，铁纳米粒子大小在1～20nm之间，铁载量在2～20wt%之间，掺杂氮的含量在1～10wt%之间。该材料应用于质子交换膜燃料电池阴极氧还原反应，具有较高的电催化活性。本方法所使用的前驱体价格低廉，制备过程简便，可实现规模化制备。CN104607224ACN104607224A权利要求书1/1页1.一种氮掺杂的石墨化碳封装铁纳米颗粒的制备方法，其特征在于：步骤1：分别将柠檬酸铁铵与双氰胺溶于水，按照一定比例形成混合溶液后加热去除溶剂，得到固体粉末；混合溶液中双氰胺和柠檬酸铁铵的质量比在1:20～20:1之间；步骤2：固体粉末置于石英舟内，然后放入装有石英管的管式炉中；步骤3：通入惰性气体，然后升高温度至500～1100℃，并保持0.5～7小时，冷却至室温；步骤4：将得到的固体在酸溶液和低于100℃的温度下处理12～36小时，过滤水洗烘干后，得到氮掺杂的石墨化碳封装铁纳米颗粒的材料。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：低于100℃的温度下是指于60～80℃之间。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：装有柠檬酸铁铵和双氰胺固体混合物的石英舟置于管式炉的中央。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的惰性气体包括氮气、氩气或氦气中的一种或二种以上，气体通入管式炉中的流速在20～100mLmin-1之间。5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：热处理的升温速率是5～20℃min-1，从室温升温至500～1100℃。6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：酸溶液可以是高氯酸、硫酸、盐酸、或硝酸，浓度在0.1～2molL-1之间。7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：制备的氮掺杂的石墨化碳封装铁纳米颗粒的材料，铁纳米粒子大小在1～20nm之间，铁载量在2～20wt%之间，掺杂氮的含量在1～10wt%之间。8.如权利要求1或7所述的制备方法，其特征在于：该氮掺杂的石墨化碳封装铁纳米颗粒的材料应用于质子交换膜燃料电池阴极氧还原反应，具有较高的电催化活性。2CN104607224A说明书1/3页一种氮掺杂的石墨化碳封装铁纳米颗粒的制备方法技术领域[0001]本发明涉及一种以柠檬酸铁铵和双氰胺的混合物为前驱体，通过热处理和酸处理过程制备氮掺杂的石墨化碳封装铁纳米颗粒的方法。背景技术[0002]质子交换膜燃料电池是一种不经过燃烧，直接将燃料的化学能通过电化学反应方式转换成电能的发电装置。其中阴极氧还原反应是影响质子交换膜燃料电池性能的一个重要因素。目前广泛使用的铂基贵金属催化剂由于储量有限，价格昂贵，很大程度上制约了质子交换膜燃料电池的应用。近些年来，寻求廉价催化剂以替代贵金属并提高其电催化性能受到了越来越广泛的关注。公开报道的用于氧还原反应的非贵金属催化剂通常含有碳、氮和过渡金属(铁、钴等)，但是所采用的碳源、氮源和过渡金属化合物有所不同，制备方法也有所差异。[0003]中国专利201310170148.5公开了一种燃料电池用非贵金属催化剂及其制备方法：首先将含钼和钴的前驱体以及载体分散于邻二甲苯溶液中；以邻二甲苯为溶剂和还原剂在140～155℃下反应2.5～4.5小时，过滤、洗涤和干燥后制得负载型MoCo合金的前驱体；然后将制备的负载型MoCo合金的前驱体在还原气氛下进行低温热处理，得到负载型MoCo合金和氮掺杂的MoCo合金催化剂。[0004]中国专利201210041151.2公开了一种非贵金属氧还原催化剂的制备方法：称取适量浓硝酸处理后的碳粉，加入新蒸的吡咯，接着加入氧化剂（三氯化铁）和掺杂剂（对甲苯磺酸