[发明专利]铁掺杂富氮共轭微孔聚合、制备方法，及电池正极催化剂

说明书

本发明提供了一种铁掺杂富氮共轭微孔聚合物，所述铁掺杂富氮共轭微孔聚合物，以N，N，N'，N'‑四苯基‑1,4苯二胺和2，4，6‑三氯‑1，3，5‑三嗪为单体，合成三嗪基共轭微孔聚合物，并且，所述三嗪基共轭微孔聚合物渗入铁盐，使所述铁掺杂富氮共轭微孔聚合物，至少含有铁元素。本发明提供的一种铁掺杂富氮共轭微孔聚合物，更大程度提高燃料电池正极氧还原反应催化活性。

技术领域

本发明涉及材料科学技术领域，尤其是涉及一种铁掺杂富氮共轭微孔聚合、制备方法，及电池正极催化剂。

背景技术

燃料电池受到阴极氧还原反应(ORR)以及阳极析出(OER)动力性缓慢的限制，为了提高ORR和OER反应效率，人们致力于开发高效的催化剂。如今大量催化剂还是基于铂系或者铷系等贵金属催化剂，但是此类贵金属催化剂价格昂贵、资源匮乏，制约了燃料电池的发展,多孔材料由于自身的优势开始应用于催化领域。

共轭微孔聚合物(Conjugated Microporous Polymers，CMP)的分子结构中具有π-π共轭结构，能够将高比表面积与体系中的电子共轭性能相结合，这也是近年来有关CMP的研究快速发展的原因之一。

共轭微孔聚合物(CMP)作为有机多孔材料的一个分支，一般具有高比表面积、可调控的微孔体积及孔径，具有较高的导电性，利于电子和氧的转移和运输，展现出优异的电化学活性与稳定性。

共轭微孔聚合物(CMP)有利于将其独特的光学、电学等性质引入到多孔有机骨架中，在电子和电致荧光方面具有很好的应用前景。共轭微孔聚合物(CMP)在气体吸附和存储方面也有潜在的应用，通过使用具有高比表面积的多孔材料吸附分离捕获CO₂，被认为是较有前途的技术之一。

除此之外，共轭微孔聚合物(CMP)材料自身含有如氮或硫等对对氧还原反应有促进作用的活性元素，其共轭结构有利于分子的掺杂，高比表面积的多孔结构也有利于提供大量的活性位点，因此开发共轭微孔聚合物(CMP)对燃料电池电极材料具有巨大的应用前景。在现有技术中共轭微孔聚合物(CMP)在多相催化领域的应用以替代贵金属催化剂。

例如，现有技术中，通过铁(III)衍生物与对苯二硼酸(PDBA)的Suzuki-Miyaura偶联反应，制备得到了具有高比表面积的CMPs型铁卟啉网络FeP-CMPs，在以O₂为氧化剂时，FeP-CMP对硫化物氧化成砜的反应具有好的催化活性和选择性。又例如，中国专利申请201910698589.X公开了一种氮、铁掺杂共轭微孔碳材料的制备方法，采用1，3，5-三乙炔基苯和3，6-二溴咔唑合成含氮的共轭微孔聚合物，以制备氮、铁掺杂共轭微孔碳材料作为燃料电池正极催化剂。

虽然现有技术中的共轭微孔聚合物(CMP)能够一定程度的提高电池阴极氧还原反应的催化活性，但与贵金属催化剂相比依然逊色，效果并不突出。

有鉴于此，特提出本发明铁掺杂富氮共轭微孔聚合、制备方法，及电池正极催化剂，以更大程度提高燃料电池正极氧还原反应催化活性。

发明内容

本发明提供了铁掺杂富氮共轭微孔聚合、制备方法，及电池正极催化剂，以解决现有技术中，共轭微孔碳材料作为燃料电池正极催化剂，催化效果不足，难以达到贵金属催化剂的催化活性的技术问题。

本发明的一个目的在于提供一种铁掺杂富氮共轭微孔聚合物，所述铁掺杂富氮共轭微孔聚合物，以N，N，N'，N'-四苯基-1,4苯二胺和2，4，6-三氯-1，3，5-三嗪为单体，合成三嗪基共轭微孔聚合物，并且，

所述三嗪基共轭微孔聚合物渗入铁盐，使所述铁掺杂富氮共轭微孔聚合物，至少含有铁元素。

在进一步优选的方案中，以N，N，N'，N'-四苯基-1,4苯二胺和2，4，6-三氯-1，3，5-三嗪为单体，按照摩尔比为1:1.1～1:1.5的比例合成所述三嗪基共轭微孔聚合物。