[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

说明书

本发明提供了一种碳点氧还原催化剂及其制备方法、电池、应用，涉及电子材料的技术领域；该碳点氧还原催化剂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。本申请还提供碳点氧还原催化剂的制备方法及燃料电池、应用。本申请提供的碳点氧还原催化剂可以改善现有技术中碳载金属单原子催化剂易受化学毒化的技术问题。

技术领域

本发明涉及电子材料的技术领域，尤其是涉及一种碳点氧还原催化剂及其制备方法、燃料电池、应用。

背景技术

燃料电池是一种能量密度高、放电性能好的能源器件，是新型能源的研发热点之一。但目前燃料电池还存在阴极氧还原反应带来的极大过电位，会导致放电性能差，能量损失严重的问题，限制了其实际应用。同时，燃料电池中常规的氧还原催化剂为铂族金属，但铂族金属在地壳中储量少、价格昂贵，抗甲醇毒化能力差，因此，开发廉价易得的高效氧还原催化剂也是限制燃料电池广泛应用的难点之一。

为此，近年来碳基催化剂因其廉价易得、性能稳定逐渐吸引了大量科研工作者的关注。但目前被使用的碳基氧还原催化剂主要是碳载金属单原子催化剂，这类催化剂的制备方法依然较为复杂、难以实现批量化生产，且在酸性催化环境中稳定性不佳，易受到化学毒化的影响。

发明内容

本申请的目的在于提供一种碳点氧还原催化剂，改善现有技术中碳载金属单原子催化剂易受化学毒化的技术问题。

本申请的另一目的在于提供一种碳点氧还原催化剂的制备方法。

本申请的还一目的在于提供一种燃料电池。

本申请的再一目的在于提供一种碳点氧还原催化剂的应用。

第一方面，基于上述技术问题，本申请提供了一种碳点氧还原催化剂，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。

进一步地，在本申请的一些实施例中，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%。

进一步地，在本申请的一些实施例中，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。

进一步地，在本申请的一些实施例中，所述碳点的平均粒径不超过10nm。

进一步地，在本申请的一些实施例中，所述碳点氧还原催化剂的比表面积为1000-3000m²/g。

第二方面，本申请还提供一种碳点氧还原催化剂的制备方法，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℃。

进一步地，在本申请的一些实施例中，所述冷冻干燥所述碳点原料溶液包括：

在-20~-60℃的温度将所述碳点溶液冷冻成固体，将所述固体置于0~100pa的负压环境中12~72h。

进一步地，在本申请的一些实施例中，所述碳化的升温速率为2~10℃/min，碳化时间为1~4h。

进一步地，在本申请的一些实施例中，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。