[发明专利]氮掺杂多孔碳非金属催化剂及其制备方法和在氧化还原反应中的应用

权利要求书

1.一种氮掺杂多孔碳非金属催化剂，其特征在于：该催化剂具有三维的层级孔结构，层级孔结构包括互相黏连的葡萄糖碳球之间形成的介孔和碳球上的微孔，所述葡萄糖碳球的尺寸为100-300 nm；所述氮掺杂多孔碳非金属催化剂的制备方法，包括如下步骤：

（1）水热聚合：配置葡萄糖溶液于120-250℃温度下、压力0.5-3 MPa下进行水热聚合反应，反应时间4-24 h；经离心、洗涤和干燥后获得前驱物碳球；

（2）高温碳化：将步骤（1）所得前驱物碳球、氮源和锌盐研磨混合后置入管式炉中，预先惰性气氛保护1-3 h，再加热到800-1000℃温度下保温0.5-4 h后，随炉冷却，即得到所述氮掺杂多孔碳非金属催化剂；

步骤（2）中，所述前驱物碳球、氮源和锌盐的重量比例为（1-2）：（10-20）：（1-4）；所述氮源为尿素、三聚氰胺或氯化铵，锌盐为氯化锌、硝酸锌、乙酸锌或硫酸锌，惰性气氛为氦气、氩气或氮气。

2.根据权利要求1所述的氮掺杂多孔碳非金属催化剂，其特征在于：所述层级孔结构包含了具有不同孔径的孔，所包含的孔径范围为0.1-1 nm、2-5 nm和50-100 nm。

3.根据权利要求1所述的氮掺杂多孔碳非金属催化剂，其特征在于：该催化剂X射线衍射图谱在10-30°范围内存在宽衍射峰，55°处有衍射峰。

4.根据权利要求1所述的氮掺杂多孔碳非金属催化剂，其特征在于：步骤（1）中，所述葡萄糖溶液的溶剂为水，葡萄糖溶液的浓度为0.01~2.0 mol/L。

5.根据权利要求1所述的氮掺杂多孔碳非金属催化剂，其特征在于：步骤（1）中，所述干燥温度为50-100℃，干燥时间为5-30 h。

6.根据权利要求1-3任一所述的氮掺杂多孔碳非金属催化剂在氧化还原反应中的应用，其特征在于：该催化剂应用于催化还原碱性电解液中的氧气，相对于可逆氢电极的起始电位、半波电位和极限电流密度分别为0.6-1.0 V、0.5-0.9 V、3.0-6.0 mA cm^-2。