[发明专利]一种铁、氮共掺杂多孔碳的制备方法

说明书

本发明公开了一种铁、氮共掺杂多孔碳的制备方法，按照以下步骤进行：取导电高分子聚合物、二茂铁和DMF，将导电高分子聚合物和二茂铁溶解于DMF中得到混合溶液；取混合溶液通过静电纺丝设备进行静电纺丝，纺丝结束后将所得样品先置于马弗炉中进行热处理，随后再用真空管式炉进行热处理，最终得到铁、氮共掺杂多孔碳。本发明提供的铁、氮共掺杂多孔碳的制备方法，通过静电纺丝技术得到导电高分子聚合物纤维，随后对该纤维进行热处理，纤维表面原位生长出薄膜状碳，弥合了纤维间的缝隙，同时伴随纤维结构解体，最终得到产品。本发明方法步骤简单，易操作，实施条件易控制，无需利用模板，也不需要进行活化刻蚀即可得到铁、氮共掺杂多孔碳。

技术领域

本发明涉及一种铁、氮共掺杂多孔碳的制备方法，具体属于多孔碳材料制备技术领域。

背景技术

直接醇类膜燃料电池(DAFC)是一种广为关注的新能源技术，是最接近商业化应用的燃料电池，并具有无污染、能量转化率高、便携等诸多优点，在应急电源、电动机车和野外电站等方面有着广泛的应用前景。铂基电催化剂是DAFC中应用最为广泛的电催化剂。但是铂的储量有限，价格昂贵，且铂基催化剂使用寿命也比较低，特别是在阴极高电势、高氧气含量的环境下，容易失活。这些因素导致目前DAFC无法大规模商用。因此研发低成本非铂催化剂是解决该问题的关键。研究者发现多孔碳材料是较为理想的DAFC阴极非铂催化剂。多孔碳材料具有高比表面积、高孔隙率、良好的导电和导热性能，因而在燃料电池、锂离子电池、超级电容器、储氢等新能源各领域具有广泛的应用。通常多孔碳的制备方法为硬模板法、软模板法和活化法等，然而这些方法往往存在着成本高、合成工艺复杂等缺点。为了解决上述问题，研究一种新的多孔碳材料的制备方法，显得尤为必要。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种铁、氮共掺杂多孔碳的制备方法，无需模板和活化刻蚀，成本低，效率高。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种铁、氮共掺杂多孔碳的制备方法，按照以下步骤进行：取导电高分子聚合物、二茂铁和N,N-二甲基甲酰胺，将导电高分子聚合物和二茂铁溶解于N,N-二甲基甲酰胺中得到混合溶液；取混合溶液通过静电纺丝设备进行静电纺丝，纺丝结束后将所得样品先置于马弗炉中进行热处理，随后再用真空管式炉进行热处理，最终得到铁、氮共掺杂多孔碳。

前述铁、氮共掺杂多孔碳的制备方法，混合溶液中，导电高分子聚合物的质量分数为8％～20％；二茂铁的质量分数为0.1％～1％。

前述铁、氮共掺杂多孔碳的制备方法中，静电纺丝的纺丝电压为18～22kV。

前述铁、氮共掺杂多孔碳的制备方法中，静电纺丝的纺丝距离为10～15cm。

前述铁、氮共掺杂多孔碳的制备方法中，静电纺丝的溶液流速为0.1～2mL/h。

前述铁、氮共掺杂多孔碳的制备方法，马弗炉中，300℃下进行热处理2～4h。

前述铁、氮共掺杂多孔碳的制备方法，真空管式炉中，在氮气保护下，800℃～1000℃下进行热处理2h～3h。

前述铁、氮共掺杂多孔碳的制备方法中，导电高分子聚合物为聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯或壳聚糖。

为了确保本发明技术方案的科学、合理、有效，发明人进行了一系列的实验。