一种氧还原电催化剂及其制备方法与应用.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CN113745532A(43)申请公布日2021.12.03(21)申请号202110749113.1(22)申请日2021.07.01(71)申请人深圳大学地址518061广东省深圳市南山区南海大道3688号(72)发明人符显珠崔林芳骆静利(74)专利代理机构深圳市君胜知识产权代理事务所(普通合伙)44268代理人徐凯凯(51)Int.Cl.H01M4/88(2006.01)H01M4/90(2006.01)权利要求书1页说明书10页附图9页(54)发明名称一种氧还原电催化剂及其制备方法与应用(57)摘要本发明公开一种氧还原电催化剂及其制备方法与应用，所述制备方法包括步骤：将ZIF‑8和三聚硫氰酸混合在有机溶剂中，使三聚硫氰酸通过化学键结合在所述ZIF‑8上，得到ZIF‑8@TCA复合材料；将ZIF‑8@nTCA复合材料与NaCl混合，得到混合材料；在惰性气氛下对混合材料进行碳化处理，制得所述氧还原电催化剂。本发明制得的氧还原催化剂，在碱性性条件下具有接近商业Pt/C的氧还原催化性能，且催化稳定性更胜于商业Pt/C。在由本发明氧还原催化剂组装的铝‑空气料电池的测试中，其电池性能达到了250.86mWcm‑2的功率密度且开路电压达到了1.71V。本发明通过混入NaCl对碳材料孔结构的调控不仅能有效的暴露催化活性位点，提高催化剂的活性位密度，也为通过该方法制备其它类型的催化剂提供了思路。CN113745532ACN113745532A权利要求书1/1页1.一种氧还原电催化剂的制备方法，其特征在于，包括步骤：将ZIF‑8和三聚硫氰酸混合在有机溶剂中，使三聚硫氰酸通过化学键结合在所述ZIF‑8上，得到ZIF‑8@TCA复合材料；将所述ZIF‑8@nTCA复合材料与NaCl混合，得到混合材料；在惰性气氛下对所述混合材料进行碳化处理，制得所述氧还原电催化剂。2.根据权利要求1所述氧还原电催化剂的制备方法，其特征在于，所述ZIF‑8和三聚硫氰酸的质量比为100:1‑10。3.根据权利要求1所述氧还原电催化剂的制备方法，其特征在于，所述ZIF‑8的制备包括步骤：将Zn(NO3)2·6H2O溶解于甲醇中，得到第一前驱体溶液；将2‑甲基咪唑溶解于甲醇中，得到第二前驱体溶液；将所述第一前驱体溶液与所述第二前驱体溶液混合，在室温下反应后，制得所述ZIF‑8。4.根据权利要求1所述氧还原电催化剂的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为甲醇、乙醇和丙醇中的一种。5.根据权利要求1所述氧还原电催化剂的制备方法，其特征在于，所述ZIF‑8@nTCA复合材料与NaCl的质量比为20:5‑10。6.根据权利要求1所述氧还原电催化剂的制备方法，其特征在于，所述碳化处理的温度为700‑1000℃。7.根据权利要求1所述氧还原电催化剂的制备方法，其特征在于，所述ZIF‑8和三聚硫氰酸的质量比为100:3.5；所述碳化处理的温度为900℃。8.根据权利要求1所述氧还原电催化剂的制备方法，其特征在于，所述碳化处理的时间为1‑3h。9.一种氧还原电催化剂，其特征在于，采用权利要求1‑8任一所述氧还原电催化剂的制备方法制得。10.一种氧还原电催化剂的应用，其特征在于，将权利要求1‑8任一所述氧还原电催化剂的制备方法制得的氧还原电催化剂用于制备燃料电池。2CN113745532A说明书1/10页一种氧还原电催化剂及其制备方法与应用技术领域[0001]本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种氧还原电催化剂及其制备方法与应用。背景技术[0002]氧还原反应作为燃料电池及金属‑空气电池等新型能源转换装置的重要组成部分，因其动力学的缓慢而严重地限制了其发展。铂基贵金属催化剂被认为是目前最好的氧还原催化剂，但因成本昂贵而无法实现大规模的应用。进来相续发展的非贵金属碳基材料在氧还原领域受到了广泛的关注，但目前能应用于金属‑空气电池的非金属基催化剂却寥寥无几。许多在电化学测试中具有较好活性的催化剂在实际金属‑空气电池测试中性能却只是一般且稳定性较差。[0003]近年来，分级孔结构的调节被认为是改善催化剂传质问题及提高催化剂活性位点用率的有效方法之一。分级孔结构是由负载催化活性位点的微控、有效暴露催化活性位点及提高分子质量传递效率的介孔、促进质量传递效率的大孔而组成。多级孔碳材料的制备主要通过模板法，虽然模板法能够精细的控制孔的形貌及尺寸大小，但由于模板的引入不仅增加了材料制备的程序，且在后续去模板的同时不可避免的使用对环境有害的化学试剂，也严重增加大规模制备的成本。[0004]因此，发展非模板体系的多级孔碳材料具有更高的实际应用价值，现有技术还有待于改进和发展。发明内容[0005]鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的