[发明专利]一种高催化活性的Fe-N-C催化剂及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种高催化活性的Fe-N-C催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将ZIF-8载体和铁源进行球磨混合，使铁源嵌入ZIF-8载体的框架内，所述铁源的直径为5-100nm；

S2、对步骤S1的产物进行第一次高温处理；

S3、用酸清洗步骤S2的产物，去除多余的铁源；

S4、将步骤S3的产物进行二次高温热处理，稳定炭结构，即得高催化活性的Fe-N-C催化剂。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铁源选用直径为10-30nm的氧化铁。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述ZIF-8载体通过以下方式制备得到：将硝酸锌和2-甲基咪唑分别溶于溶剂中，硝酸锌和2-甲基咪唑的质量比为(1～2)：(20～25)，将硝酸锌溶液和2-甲基咪唑溶液混合，得到ZIF-8前驱体；对ZIF-8前驱体进行固液分离，清洗固体，烘干，即得ZIF-8载体。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：将质量比为500：(5～7)的ZIF-8载体和铁源混合，用氧化锆球进行球磨混合，球磨转速为300～500转每分钟，球磨时间为3～5小时。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：将步骤S1的产物置于1000～1100℃下，在惰性气体氛围下保持30～60分钟。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：将步骤S2的产物浸泡于0.4～0.6mol/L的酸性溶液中，搅拌9～11小时，过滤，保留固体。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S4具体为：将步骤S3的产物置于800～1000℃下，在惰性气体氛围下保持30-60分钟，稳定炭结构，即得高催化活性的Fe-N-C催化剂。

8.一种采用如权利要求1～7任一项所述的制备方法得到的Fe-N-C催化剂。

9.根据权利要求8所述的Fe-N-C催化剂，其特征在于，所述Fe-N-C催化剂中过渡金属单原子的含量为3～5wt％。

10.一种采用权利要求8或9所述的Fe-N-C催化剂制成的质子交换膜燃料电池。