[发明专利]一种氧还原/氧析出双功能催化剂制备方法

摘要

本发明涉及一种氧还原/氧析出双功能催化剂制备方法。属于可充电燃料电池以及金属空气电池技术领域。本发明首先通过固相聚合法，掺杂含氮前驱体，过硫酸铵为氧化剂，在低共熔盐表面引发含氮前驱体氧化聚合，进行高温热解得到氧还原催化剂部分。再通过共沉淀法制备出镍铁双氢氧化物，进一步磷化得到铁掺杂的磷化镍纳米薄片，最后通过不同的物理混合方法得到两组分的氧还原/氧析出双功能催化剂。采用本发明制备的两组分的氧还原/氧析出双功能催化剂在进行物理混合时，可以很自然的相互嵌入，嵌入程度较高，对之前的活性位点以及传输通道不会产生影响。并且，多级孔的碳材料为氧气的运输提供了通道。物理混合后，较好保存了物理混合之前的活性，同时具有优异的氧还原、氧析出的催化活性，并且导电性能提高、成本较低，还可规模化生产。

主权项

一种氧还原/氧析出双功能催化剂制备方法，具体的方法步骤包括：(1)制备多级孔结构的Fe‑N‑C纳米薄片按三水合氯化铁：氯化钾的质量比为1:0.5～5称取两种盐，分散在超纯水中，形成水溶液后，放在超低温冰箱中冷冻，随后在冷冻干燥机中冻干，得到共熔盐模板；再将邻苯二胺：过硫酸铵以质量比为1：0.1～1称取得到，以无水乙醇为溶剂，分别将领苯二胺溶解后超声混合均匀，再逐滴加入共熔盐模板剂粉末中，滴加时间需控制在5～20分钟，再研磨30～90分钟，然后缓慢滴加过硫酸铵溶液，最后再研磨30～90分钟；将样品置于马弗炉中，在100～150℃干燥1～3小时，冷却至室温；然后置于管式炉中，在氮气气氛保护下，以4～10℃/分钟升温到700～1000℃热解2～5小时，冷却至室温；然后将热解后的催化加溶解在0.1～3摩尔/升的盐酸水溶液中，在水浴锅中以70～90℃条件下加热搅拌3～8小时，再先后经过离心、洗涤、干燥步骤得到多级孔结构的Fe‑N‑C纳米薄片氧还原催化剂；(2)制备铁掺杂的镍化磷纳米薄片按物质的量比为1～10：1：2～10:0.1～1的比例分别称取六水硝酸镍、九水硝酸铁、尿素和氟化铵溶解于30～100ml超纯水中，超声20～60分钟，分散均匀；再将溶液转移至反应釜中，在100～250℃下反应6～24小时，自然冷却至室温；然后将反应液进行离心洗涤，水洗2～5次，醇洗2～5次，冷冻干燥1～3天，得到镍铁双氢氧化物；称取摩尔比为1～10：1的次亚磷酸钠和样品分别置于管式炉的两端，在氮气和氢气的气氛下，以2～8℃/分钟升温到200～400℃热解1～4小时，然后自然冷却至室温，得到铁掺杂的镍化磷纳米薄片；(3)制备两相双功能催化剂按质量比为1:0.1～10将步骤(1)制备的铁氮双掺杂碳材料和步骤(2)制备的铁掺杂的镍化磷纳米薄片进行物理混合，称取相应的量于离心管中，分别加入1～5ml的异丙醇与1～5ml的超纯水进行溶解，在超声池中超声30～90分钟，最后在真空干燥箱中60～80℃温度下干燥3～6小时，得到两组分的氧还原/氧析出双功能催化剂。