[发明专利]一种氮掺杂碳多孔空心碳催化剂及其制备方法和应用

权利要求书

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剂中，搅拌均匀后，静置、过滤、干燥，得到固体粉末；

2）将步骤1）所得0.15-0.45 g固体粉末加入到10-30 mL去离子水中，超声混合均匀，得混合液A；将浓度为0.03-0.1 g/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；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；所述醇类溶剂为乙醇、甲醇、乙二醇或丁醇。

3.如权利要求2所述的一种氮掺杂碳多孔空心碳催化剂的制备方法，其特征在于所述锌盐为硝酸锌或氯化锌；咪唑类物质为2-甲基咪唑或1,2-二甲基咪唑，醇类溶剂为甲醇或乙醇。

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2）中，所述有机酸为单宁酸、苯甲酸或乙酸；强碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化镁或氢氧化钙。

5.如权利要求4所述的一种氮掺杂碳多孔空心碳催化剂的制备方法，其特征在于所述有机酸为单宁酸，强碱为氢氧化钠或氢氧化钾。

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，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。

7.如权利要求6所述的一种氮掺杂碳多孔空心碳催化剂的制备方法，其特征在于离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐。

8.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；所述高纯气氛的气体通入管式炉内的流速为30-60 mL/min。

9.如权利要求8所述的一种氮掺杂碳多孔空心碳催化剂的制备方法，其特征在于高纯气氛的气体为氮气或氩气。

10.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℃。

11.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。

12.如权利要求1~11任意一项所述的方法制备的氮掺杂碳多孔空心碳催化剂。

13.如权利要求12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。

14.如权利要求13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0.05-0.2 mol/L的KOH水溶液作为电解液，进行电化学氧还原反应。