[发明专利]一种碳点氧还原催化剂及其制备方法、燃料电池、应用

权利要求书

1.一种碳点氧还原催化剂，其特征在于，包括多个交联的碳点；

所述碳点氧还原催化剂中含有杂原子X，所述杂原子X为氧原子、氮原子、硼原子、磷原子中的至少一种；

所述碳点之间利用包括C-C、C-X、C-X-C、X-X的基团中的至少一种化学键交联；

所述碳点氧还原催化剂通过包括以下步骤的制备方法制备得到：

提供碳点原料溶液，其中，所述碳点原料溶液的浓度不高于5mg/mL；

冷冻干燥所述碳点原料溶液，得到碳点原料粉末；

在保护气体环境下，碳化所述碳点粉末，冷却得到碳点氧还原催化剂；

其中，所述碳化的温度为400~1100℃。

2.根据权利要求1所述的碳点氧还原催化剂，其特征在于，所述X在所述碳点氧还原催化剂中的元素质量占比为1~12%。

3.根据权利要求1所述的碳点氧还原催化剂，其特征在于，所述碳点的平均粒径不超过10nm。

4.根据权利要求1所述的碳点氧还原催化剂，其特征在于，所述碳点氧还原催化剂的比表面积为1000-3000m²/g。

5.一种权利要求1~4任一项所述的碳点氧还原催化剂的制备方法，其特征在于，包括：

提供碳点原料溶液，其中，所述碳点原料溶液的浓度不高于5mg/mL；

冷冻干燥所述碳点原料溶液，得到碳点原料粉末；

在保护气体环境下，碳化所述碳点粉末，冷却得到碳点氧还原催化剂；

其中，所述碳化的温度为400~1100℃。

6.根据权利要求5所述的碳点氧还原催化剂的制备方法，其特征在于，所述冷冻干燥所述碳点原料溶液包括：

在-60~-20℃的温度将所述碳点溶液冷冻成固体，将所述固体置于10~100pa的负压环境中12~72h。

7.根据权利要求5所述的碳点氧还原催化剂的制备方法，其特征在于，所述碳化的升温速率为2~10℃/min，碳化时间为1~4h。

8.根据权利要求5所述的碳点氧还原催化剂的制备方法，其特征在于，所述碳点原料溶液的提供包括以下步骤：

提供石墨棒；

以所述石墨棒为电极，利用电解工艺电解，过滤得到碳点原料溶液。

9.根据权利要求8所述的碳点氧还原催化剂的制备方法，其特征在于，所述碳点原料溶液中含有平均粒径不高于10nm的碳点颗粒。

10.根据权利要求8所述的碳点氧还原催化剂的制备方法，其特征在于，所述电解工艺中采用的电解液包括含有羧基、羰基、羟基、含氮基团、含磷基团、含硼基团中至少一种的有机物或者无机物。

11.根据权利要求5所述的碳点氧还原催化剂的制备方法，其特征在于，所述碳点原料溶液的提供包括以下步骤：

提供石墨烯或者氧化石墨烯；破碎所述石墨烯或者氧化石墨烯，得到石墨烯量子点溶液或者氧化石墨烯量子点溶液，即为所述碳点原料溶液。

12.一种燃料电池，其特征在于，所述燃料电池的阴极催化剂包括权利要求1~4任一项所述的碳点氧还原催化剂或权利要求5~11任一项所述的碳点氧还原催化剂的制备方法制备得到碳点氧还原催化剂。

13.权利要求1~4任一项所述的碳点氧还原催化剂或权利要求5~11任一项所述的碳点氧还原催化剂的制备方法制备得到碳点氧还原催化剂或者权利要求12所述的燃料电池在电子产品领域的应用。