[发明专利]一种芳香腈类化合物聚合得到的聚合产物作为氧还原催化剂的用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种芳香腈类化合物聚合得到的聚合产物作为氧还原催化剂的用途，属于电化学技术领域。

背景技术

随着化石燃料的逐渐消耗以及环境问题的日益严重，清洁能源技术成为迫切而又关键的一门技术。低温燃料电池作为一种洁净能源技术，具有比能量高、工作条件温和、启动速度快等优点，是一种理想的新能源。在低温燃料电池中，最关键的部分是加快氧还原反应的催化剂部分，目前商用催化剂为铂碳(Pt/C)催化剂。

然而，铂作为一种贵金属，不但价格昂贵，而且自然界中储量稀少。因此开发出价格低廉且具有较高氧还原催化活性与稳定性的催化剂，来替代铂碳催化剂，被认为是最终实现大规模商业化应用的有效途径。

在所有非铂催化剂中，掺杂的碳基催化剂因具有优良的氧还原催化活性、低甲醇渗透影响和高稳定性而成为人们广泛关注和研究的对象。2009年，Liming Dai教授首先在Science,323(2009),760-64.报到了氮掺杂的碳管具有电催化氧还原特性；之后，Shizhang Qiao教授在Angew·Chem·,52(2013),3110-16、Adv.Mater.,25(2013),6226-31和J Am Chem Soc,136(2014),4394-403相继报到了掺杂的石墨烯在电化学氧还原中的应用。在利用杂原子掺杂的碳基材料做氧还原催化剂的大部分报中，大部分是利用自上而下的合成方法，在碳骨架的基础上引入杂原子。这种反应方式可控性比较差，掺杂的杂原子含量有限，最关键的是此类方法操作复杂，因此不容易大规模制备。

发明内容

基于上述已有技术，本发明的目的之一在于提供一种芳香腈类化合物聚合得到的聚合产物作为氧还原催化剂的用途，将芳香腈类化合物聚合得到的聚合产物作为氧还原催化剂，其具有优良的氧还原催化活性和高稳定性的，且可以实现大规模的制备，并广泛用于商业应用中。

发明人发现，目前为止，在现有技术中，并没有公开将由芳香腈类化合物单体作为原料聚合得到的聚合产物应用于氧还原反应作为氧还原催化剂中的案例。

优选地，所述芳香腈类化合物聚合得到的聚合产物具有多孔网状结构的碳骨架，所述多孔网状结构可增加芳香腈类化合物聚合得到的聚合产物的比表面积，从而可以增加催化反应的活性位点，使其作为氧还原催化剂具有更佳的性能。进一步优选，所述芳香腈类化合物聚合得到的聚合产物的比表面积为400～3000m²/g，孔径分布为0.4～10nm。

所述比表面积例如为400m²/g、600m²/g、800m²/g、1000m²/g、1200m²/g、1400m²/g、1600m²/g、1800m²/g、2000m²/g、2200m²/g、2400m²/g、2600m²/g、2800m²/g或2900m²/g。

所述孔径范围例如为0.4～3nm、0.4～4nm、0.4～5nm、0.4～6nm、0.4～7nm、0.4-8nm、0.4-9nm或者0.4-10nm。

本发明中，所述芳香腈类化合物聚合得到的聚合产物的比表面积以及孔径分布采用77K下氮气的等温吸脱附方法测定，通过BET方法计算其比表面积，通过DFT方法计算其孔径分布。

所述芳香腈类化合物聚合得到的聚合产物的碳骨架中包含N原子，N原子的质量比为2.1～18.4％。例如2.1％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％、8.5％、9％、9.5％、10％、10.5％、11％、11.5％、12％、12.5％、13％、13.5％、14％、14.5％、15％、15.5％、、16％、、16.5％、17％、17.5％、18％或18.4％，进一步优选3.4～12.6％。所述N原子的质量比指：N原子在聚合产物中所占的质量百分比含量。

在本发明中，所述芳香腈类化合物的种类可选择的范围较宽，所述芳香腈化合物可以包括氰基取代的芳环化合物和/或氰基取代的芳杂环化合物。因为含有氰基，所以所述芳香腈类化合物容易发生聚合以及重排反应，又因其含有芳香环或芳杂环，所以聚合、重排后的产物结构是连续的大π体系结构，有利于电子的传输。