[发明专利]一种多功能碳基非贵金属电催化剂及其制备方法和应用

摘要

本发明公开了一种多功能碳基非贵金属电催化剂及其制备方法和应用。所述催化剂以含有羧基/氨基/羟基官能团的芳香烃化合物为碳源、含氮有机物为氮源、过渡金属盐为金属前驱体，采用溶剂热方法充分聚合后，在N₂气氛保护下高温焙烧，最后经稀酸处理获得多功能碳基非贵金属电催化剂。该催化剂通过前驱体分子中特定官能团与金属之间的静电/配位相互作用，获得了酸性或碱性条件下同时具有电解水析氢（HER）、析氧（OER）和氧气还原（ORR）催化活性的电催化剂，所用原料来源广泛，制备方法工艺成熟，操作简单，便于放大生产。

主权项

1.一种多功能碳基非贵金属电催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：（1）将带有官能团的芳香烃或其衍生物、甲醛、含氮有机物以及过渡金属盐置于容器中，加入溶剂充分搅拌反应10~36h；所述官能团为羧基、氨基和羟基中的一种或几种；所述芳香烃或其衍生物为氨基苯酚、羟基苯甲酸、氨基苯甲酸、羟基喹啉、氨基喹啉、羟基萘、氨基萘、羟基萘甲酸、氨基萘甲酸、羟基吡啶、羧基吡啶、羟基吡咯、羧基吡咯、蒽、菲中的一种或几种；所述含氮有机物为三聚氰胺、尿素、邻菲罗啉、双氰胺、联吡啶中的至少一种；所述过渡金属盐为Fe、Co、Ni、Cu的氯化物、硝酸盐、醋酸盐或硫酸盐中的至少一种；所述溶剂为水、乙醇、乙二醇、氯仿中的一种或几种；各组分的摩尔比为：带有官能团的芳香烃或其衍生物：甲醛：含氮有机物：过渡金属盐 =1：（1‑2）：（0.8‑1.5）：（1‑3）；（2）将步骤（1）得到的混合溶液置于水热釜中，反应温度90~250℃，反应时间8~24h；（3）将步骤（2）得到的反应物置于氧化炉中，以2~10℃/min的升温速度升温至150~350℃并恒温0.5~6h后降温至室温；（4）将步骤（3）得到的氧化物置于管式炉中，在氮气气氛中以2~10℃/min的升温速度升至500~1100℃并恒温1~6h后降至室温；（5）将步骤（4）得到的产物从管式炉中取出，0.5M稀硫酸洗涤，然后用去离子水洗至中性；（6）干燥，即得多功能碳基非贵金属电催化剂。