CN107039660A - Fe‑NPS共掺杂的多孔碳微球的制备及其作为ORR催化剂的应用 - Google Patents

Fe‑NPS共掺杂的多孔碳微球的制备及其作为ORR催化剂的应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及Fe‑NPS共掺杂的多孔碳微球的制备及其作为ORR催化剂的应用，本发明采用溶剂热法制备出80nm Fe3O4磁性微球，并直接以此为模板制备Fe3O4@PZS核壳微球，经碳化、酸化得到Fe‑NPS共掺杂的多孔碳微球。本发明中Fe3O4既为反应的模板也为Fe源，无需额外的Fe掺杂源，制备的碳微球粒径均匀，具有多孔特性，同时掺杂了Fe、N、P和S多种元素，具有良好的ORR催化活性。

Description

Fe-NPS共掺杂的多孔碳微球的制备及其作为ORR催化剂的 应用
技术领域
本发明涉及纳米碳材料领域和电化学催化领域，具体涉及Fe-NPS共掺杂的多孔碳微球的制备及其作为ORR催化剂的应用。
背景技术
近年来，燃料电池因其高效、环保等优点有望成为下一代能量转换装置，但是燃料电池中高性能阴极ORR催化剂的发展是其实现应用的最主要的挑战。尽管铂基纳米粒子被认为是最好的催化剂，但其昂贵的价格、较低的储存量阻碍了燃料电池的广泛应用。为了克服这一障碍，人们研究了一些非贵金属ORR催化剂，例如过渡金属和氮掺杂的碳材料、金属氧化物/碳复合材料和杂原子掺杂碳材料。尤其是由铁、氮和碳(Fe-N/C)组成的催化剂是最主要的非贵金属催化剂。
多孔碳材料不仅具有碳材料化学稳定高、导电性好等优点，由于多孔结构的引入，还具有比表面积高、孔道结构丰富、孔径可调等特点，在催化、吸附和电化学储能等方面都得到了广泛的应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种简单的合成方法制备Fe-NPS共掺杂的多孔碳微球，并将其用作ORR催化剂。
为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
1.Fe-NPS共掺杂的多孔碳微球的制备及其作为ORR催化剂的应用，其特征在于，包括以下步骤：
①在单口瓶内加入六氯环三磷腈和对羟基二苯砜两种单体，加入乙腈作为溶剂，超声10min使其完全溶解；
②向步骤①得到的溶液中加入由溶剂热法制备的直径为80nm的Fe3O4，超声10min使其均匀分散，用橡皮塞将单口瓶封口，用注射器迅速注入三乙胺作为缚酸剂，10s形成白色乳液，然后50Hz超声，继续反应3小时，然后8000rpm离心10min收集粒子，分别用丙酮、乙醇和去离子水洗涤2次，最终的产物在真空烘箱中40℃干燥；
③将步骤②得到的产物在管式炉中氮气氛围下碳化处理1h，将碳化后的样品用0.5mol/L H2SO4处理12h，然后8000rpm离心10min收集，用乙醇洗涤2次，最终的产物在真空烘箱中40℃干燥；
④取5.0mg步骤③得到的样品，加入1mL乙醇和100μL质量分数为10％的Nafion溶液，超声30min，使其分散均匀，得到催化剂溶液，用电化学工作站测试其ORR催化活性，电解质为O2饱和的0.1M KOH，扫描速率10mV s-1，旋转速度为1600rpm。
2.如权利要求1所述的Fe-NPS共掺杂的多孔碳微球的制备及其作为ORR催化剂的应用，其特征在于，所述步骤①中六氯环三磷腈和对羟基二苯砜的摩尔比为1:1～10，六氯环三磷腈的浓度为0.2～0.6mg/mL。
3.如权利要求1所述的Fe-NPS共掺杂的多孔碳微球的制备及其作为ORR催化剂的应用，其特征在于，所述步骤②中Fe3O4与单体的质量比为1:1～7，三乙胺的浓度为0.005～0.015mL/mL。
4.如权利要求1所述的Fe-NPS共掺杂的多孔碳微球的制备及其作为ORR催化剂的应用，其特征在于，所述步骤③中碳化温度为700～1000℃。
与现有技术相比，本发明的优点是：
本发明采用Fe3O4为反应模板，同时也为Fe源，无需额外的Fe掺杂源，制备的碳微球粒径均匀，具有多孔特性，同时掺杂了Fe、N、P和S多种元素，具有良好的ORR催化活性。
附图说明
图1是实施实例1中制备的Fe3O4@PZS核壳微球的TEM图。
图2是实施实例1中制备的多孔碳微球的TEM图。
图3是实施实例1中制备的多孔碳微球的ORR活性曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施实例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围不限于此。
实施实例1
多原子掺杂的多孔碳微球的制备及其作为ORR催化剂的应用，包括以下步骤：
①在单口瓶内加入六氯环三磷腈和对羟基二苯砜两种单体，加入乙腈作为溶剂，超声10min使其完全溶解，其中六氯环三磷腈和对羟基二苯砜的摩尔比为1:7，六氯环三磷腈的浓度为0.4mg/mL；
②向步骤①得到的溶液中加入由溶剂热法制备的直径为80nm的Fe3O4，超声10min使其均匀分散，用橡皮塞将单口瓶封口，用注射器迅速注入三乙胺作为缚酸剂，10s形成白色乳液，然后50Hz超声，继续反应3小时，然后8000rpm离心10min收集粒子，分别用丙酮、乙醇和去离子水洗涤2次，最终的产物在真空烘箱中40℃干燥，其中Fe3O4与单体的质量比为1:1，三乙胺的浓度为0.01mL/mL；
③将步骤②得到的产物在管式炉中氮气氛围下碳化处理1h，将碳化后的样品用0.5mol/L H2SO4处理12h，然后8000rpm离心10min收集，用乙醇洗涤2次，最终的产物在真空烘箱中40℃干燥，其中碳化温度为800℃；
④取5.0mg步骤③得到的样品，加入1mL乙醇和100μL质量分数为10％的Nafion溶液，超声30min，使其分散均匀，得到催化剂溶液，用电化学工作站测试其ORR催化活性，电解质为O2饱和的0.1M KOH，扫描速率10mV s-1，旋转速度为1600rpm。

Claims (4)

1.Fe-NPS共掺杂的多孔碳微球的制备及其作为ORR催化剂的应用，其特征在于，包括以下步骤：
①在单口瓶内加入六氯环三磷腈和对羟基二苯砜两种单体，加入乙腈作为溶剂，超声10min使其完全溶解；
②向步骤①得到的溶液中加入由溶剂热法制备的直径为80nm的Fe3O4，超声10min使其均匀分散，用橡皮塞将单口瓶封口，用注射器迅速注入三乙胺作为缚酸剂，10s形成白色乳液，然后50Hz超声，继续反应3小时，然后8000rpm离心10min收集粒子，分别用丙酮、乙醇和去离子水洗涤2次，最终的产物在真空烘箱中40℃干燥；
③将步骤②得到的产物在管式炉中氮气氛围下碳化处理1h，将碳化后的样品用0.5mol/L H2SO4处理12h，然后8000rpm离心10min收集，用乙醇洗涤2次，最终的产物在真空烘箱中40℃干燥；
④取5.0mg步骤③得到的样品，加入1mL乙醇和100μL质量分数为10％的Nafion溶液，超声30min，使其分散均匀，得到催化剂溶液，用电化学工作站测试其ORR催化活性，电解质为O2饱和的0.1M KOH，扫描速率10mV s-1，旋转速度为1600rpm。
2.如权利要求1所述的Fe-NPS共掺杂的多孔碳微球的制备及其作为ORR催化剂的应用，其特征在于，所述步骤①中六氯环三磷腈和对羟基二苯砜的摩尔比为1:1～10，六氯环三磷腈的浓度为0.2～0.6mg/mL。
3.如权利要求1所述的Fe-NPS共掺杂的多孔碳微球的制备及其作为ORR催化剂的应用，其特征在于，所述步骤②中Fe3O4与单体的质量比为1:1～7，三乙胺的浓度为0.005～0.015mL/mL。
4.如权利要求1所述的Fe-NPS共掺杂的多孔碳微球的制备及其作为ORR催化剂的应用，其特征在于，所述步骤③中碳化温度为700～1000℃。
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Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108493461A (zh) * 2018-05-08 2018-09-04 大连理工大学 一种N掺杂多孔碳包覆Fe、Co双金属纳米粒子的催化剂及其制备方法
CN108808019A (zh) * 2018-08-02 2018-11-13 临沂大学 一种杂原子掺杂碳微球负载磷化铁纳米粒子的氧还原催化剂及其制备方法
CN109705329A (zh) * 2018-12-28 2019-05-03 广东工业大学 一种可循环使用的开环催化剂及其制备方法和应用
CN110474062A (zh) * 2019-08-02 2019-11-19 北京化工大学常州先进材料研究院 一种高效MXene碳化钛电池催化剂的制备及应用
CN111082079A (zh) * 2019-12-30 2020-04-28 上海交通大学 一种双功能氧气电催化剂材料及其制备方法和应用
CN111252870A (zh) * 2020-02-27 2020-06-09 广东工业大学 一种磁性纳米包覆交联聚合物碳电极材料及其制备方法和应用
CN112774713A (zh) * 2021-01-25 2021-05-11 华南理工大学 用于电催化协同产氢的双金属核壳催化剂及其制备方法与应用
CN112892574A (zh) * 2021-01-25 2021-06-04 华南理工大学 适用于电芬顿的多元异质结核壳催化剂及其制备方法与应用
CN113937313A (zh) * 2021-10-13 2022-01-14 上海应用技术大学 一种铁硫磷共掺杂纳米多孔石墨催化剂的制备方法
CN114824304A (zh) * 2022-05-26 2022-07-29 陕西科技大学 一种Fe2N/Fe2P/FeS/C复合材料及其制备方法和应用
CN114959782A (zh) * 2022-04-26 2022-08-30 陕西科技大学 一种Fe2P-Fe3P-FeS负载g-C3N4的电催化氧还原催化剂及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101632913A (zh) * 2009-07-09 2010-01-27 上海交通大学 一种硅/多孔碳纳米复合微球的制备方法
CN105523541A (zh) * 2016-01-29 2016-04-27 上海交通大学 杂原子掺杂的多孔碳空心微球及其制备方法
US20160240861A1 (en) * 2013-10-25 2016-08-18 Council Of Scientific & Industrial Research A process for the preparation of nitrogen doped carbon nanohorns for oxygen reduction electrocatalysis
CN106784865A (zh) * 2016-12-22 2017-05-31 温州大学 一种铁氮共掺杂碳微球及制备方法、用途和氧还原电极

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101632913A (zh) * 2009-07-09 2010-01-27 上海交通大学 一种硅/多孔碳纳米复合微球的制备方法
US20160240861A1 (en) * 2013-10-25 2016-08-18 Council Of Scientific & Industrial Research A process for the preparation of nitrogen doped carbon nanohorns for oxygen reduction electrocatalysis
CN105523541A (zh) * 2016-01-29 2016-04-27 上海交通大学 杂原子掺杂的多孔碳空心微球及其制备方法
CN106784865A (zh) * 2016-12-22 2017-05-31 温州大学 一种铁氮共掺杂碳微球及制备方法、用途和氧还原电极

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108493461A (zh) * 2018-05-08 2018-09-04 大连理工大学 一种N掺杂多孔碳包覆Fe、Co双金属纳米粒子的催化剂及其制备方法
CN108493461B (zh) * 2018-05-08 2021-01-19 大连理工大学 一种N掺杂多孔碳包覆Fe、Co双金属纳米粒子的催化剂及其制备方法
CN108808019A (zh) * 2018-08-02 2018-11-13 临沂大学 一种杂原子掺杂碳微球负载磷化铁纳米粒子的氧还原催化剂及其制备方法
CN108808019B (zh) * 2018-08-02 2021-09-07 临沂大学 一种杂原子掺杂碳微球负载磷化铁纳米粒子的氧还原催化剂及其制备方法
CN109705329B (zh) * 2018-12-28 2021-02-12 广东工业大学 一种可循环使用的开环催化剂及其制备方法和应用
CN109705329A (zh) * 2018-12-28 2019-05-03 广东工业大学 一种可循环使用的开环催化剂及其制备方法和应用
CN110474062A (zh) * 2019-08-02 2019-11-19 北京化工大学常州先进材料研究院 一种高效MXene碳化钛电池催化剂的制备及应用
CN111082079A (zh) * 2019-12-30 2020-04-28 上海交通大学 一种双功能氧气电催化剂材料及其制备方法和应用
CN111082079B (zh) * 2019-12-30 2021-01-22 上海交通大学 一种双功能氧气电催化剂材料及其制备方法和应用
CN111252870A (zh) * 2020-02-27 2020-06-09 广东工业大学 一种磁性纳米包覆交联聚合物碳电极材料及其制备方法和应用
CN111252870B (zh) * 2020-02-27 2022-09-06 广东工业大学 一种磁性纳米包覆交联聚合物碳电极材料及其制备方法和应用
CN112774713A (zh) * 2021-01-25 2021-05-11 华南理工大学 用于电催化协同产氢的双金属核壳催化剂及其制备方法与应用
CN112892574A (zh) * 2021-01-25 2021-06-04 华南理工大学 适用于电芬顿的多元异质结核壳催化剂及其制备方法与应用
CN113937313A (zh) * 2021-10-13 2022-01-14 上海应用技术大学 一种铁硫磷共掺杂纳米多孔石墨催化剂的制备方法
CN114959782A (zh) * 2022-04-26 2022-08-30 陕西科技大学 一种Fe2P-Fe3P-FeS负载g-C3N4的电催化氧还原催化剂及其制备方法
CN114959782B (zh) * 2022-04-26 2023-05-16 陕西科技大学 一种Fe2P-Fe3P-FeS负载g-C3N4的电催化氧还原催化剂及其制备方法
CN114824304A (zh) * 2022-05-26 2022-07-29 陕西科技大学 一种Fe2N/Fe2P/FeS/C复合材料及其制备方法和应用

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