[发明专利]一种卟啉聚合物纳米材料、其制备方法及应用

说明书

一种卟啉聚合物纳米材料、其制备方法及应用，属于材料化学和电化学技术领域，包括如下步骤：（1）将PMAA或PEGDMA的乙腈分散液，离心，取沉淀加入到无机盐的乙醇溶液中，搅拌至少10~15h，离心，取沉淀得到模板，所述无机盐为乙酸钠、硝酸铁或硝酸铜；（2）将卟啉前驱体溶于极性溶剂中，得到卟啉前驱体溶液；（3）步骤（1）的模板分散于水中，得到模板溶液；（4）将步骤（2）的溶液加入步骤（3）的溶液中，搅匀，50~180℃反应2~24h，离心，取沉淀，得卟啉聚合物纳米材料。

技术领域

本发明属于材料化学和电化学领域，尤其涉及一种卟啉聚合物纳米材料、其制备方法及应用。

背景技术

资源枯竭环境污染的问题在很早之前就已经引起了人们的广泛关注，许多清洁无污染的能源如氢能、太阳能、潮汐能等正逐渐被人类利用。人们在利用清洁能源的同时又开发了许多新型的技术，如为了减少汽车尾气的排放使用电动汽车替代之前传统的汽油车。其中燃料电池车以氢气或甲烷气体为燃料，通过氢氧化学反应直接变为电能，在反应的过程中不会产生危害性物质，是一种清洁无污染的出行代步工具。

氧还原反应（ORR）是燃料电池阴极发生的反应，是依靠催化剂催化、涉及多电子多步基元反应的动力学迟缓过程，是燃料电池的控速步并且决定了燃料电池的效率。所以要想提高燃料电池的性能，最主要的是提高阴极催化剂的催化性能。但是目前存在的阴极氧还原催化剂存在成本高、寿命短、不耐酸腐蚀等问题，因此寻找廉价高效的氧还原催化剂是提高氧还原性能的关键。

Pt系催化剂是现在市面上燃料电池常用且性能最好的阴极催化剂，但是其价格昂贵。1964年，Nature首次报道钴酞菁对ORR具有催化性能引起专家们的广泛关注，经过长时间的研究发现，具有过渡金属大环化合物可以表现出良好的ORR催化性能，其中金属卟啉化合物可以在酸性电解液中促进H₂O₂的分解，可以克服点击腐蚀氧化的问题，被认为是最有潜力的非贵金属ORR催化剂。一般的，卟啉聚合物具有更高的共轭结构，可以表现出比单体更优异的氧还原性能。因此，有必要对卟啉聚合物纳米材料性质及制备工艺作进一步的探讨和研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种卟啉聚合物纳米材料、其制备方法及应用。本发明得到的卟啉聚合物纳米材料形貌均一，为实心或空心微球，且制备方法简单，易于实现。

基于上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种卟啉聚合物纳米材料的制备方法，包括如下步骤：

第一步：模板的制备：

(1) 将乙酸钠溶于乙醇溶液中，配制0.00328~0.01g/mL的乙醇溶液；配制PMAA或PEGDMA聚合物微球的乙腈溶液，浓度为40 ~50 mg/mL；

(2) 将PMAA或PEGDMA的乙腈溶液，离心，取沉淀分散于乙酸钠的乙醇溶液中，离子交换反应至少12 h后，离心，除去上清液收集沉淀，得到PMAA-Na或PEGDMA-Na；其中，乙酸钠与PMAA或PEGDMA的质量比（0.68~6.5）:1；

(3) 将1200mg PMAA-Na或PEGDMA-Na分散于1200mL硝酸铁的乙醇溶液（0.01212 ~0.05 g/mL）或1200mL 硝酸铜的乙醇溶液（0.0725~0.1g/mL）中，即PMAA-Na或PEGDMA-Na和硝酸铁的质量比为1:（0.01212 ~0.05），PMAA-Na或PEGDMA-Na和硝酸铜的质量比为1:（0.0725~0.1），搅拌反应至少12 h后，离心，除去上清液收集沉淀，分别得到PMAA-Fe、PEGDMA-Fe、PMAA-Cu、PEGDMA-Cu模板；

第二步：将卟啉前驱体溶于极性溶剂中，得到浓度为0.01-0.015 mol/L卟啉前驱体溶液；所述极性溶剂为N,N-二甲基甲酰胺（DMF）或二甲基亚砜（DMSO）；