CN107887614B - 碳气凝胶复合材料的制备方法 - Google Patents

碳气凝胶复合材料的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107887614B
CN107887614B CN201711034128.XA CN201711034128A CN107887614B CN 107887614 B CN107887614 B CN 107887614B CN 201711034128 A CN201711034128 A CN 201711034128A CN 107887614 B CN107887614 B CN 107887614B
Authority
CN
China
Prior art keywords
nitrogen
phenolic resin
carbon aerogel
iron
solution
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201711034128.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN107887614A (zh
Inventor
李佳媛
王鹤
段佳琪
徐佳伟
尹培
龚伟志
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tianjin Chenxiang Fengkai New Material Technology Co ltd
Original Assignee
Tianjin Chenxiang Fengkai New Material Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tianjin Chenxiang Fengkai New Material Technology Co ltd filed Critical Tianjin Chenxiang Fengkai New Material Technology Co ltd
Priority to CN201711034128.XA priority Critical patent/CN107887614B/zh
Publication of CN107887614A publication Critical patent/CN107887614A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107887614B publication Critical patent/CN107887614B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90—Selection of catalytic material
    • H01M4/9041—Metals or alloys
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90—Selection of catalytic material
    • H01M4/9075—Catalytic material supported on carriers, e.g. powder carriers
    • H01M4/9083—Catalytic material supported on carriers, e.g. powder carriers on carbon or graphite
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

本申请公开了一种碳气凝胶复合材料的制备方法，该方法包括：制得含铁物质与含氮物质的混合溶液；制得酚醛树脂前驱体溶液；将所述混合溶液与所述酚醛树脂前驱体溶液混合，保持第二预定温度持续第二预定时间制得含有铁元素及氮元素的酚醛树脂湿凝胶；置换出所述酚醛树脂湿凝胶中的溶剂并干燥，制得含有铁元素及氮元素的酚醛树脂气凝胶；在一定流速的惰性气体中保持第三预定温度持续第三预定时间处理所述酚醛树脂气凝胶，制得含有铁元素及氮元素的原位掺杂碳气凝胶；将所述原位掺杂碳气凝胶活化，保持第四预定温度持续第四预定时间后，用酸溶液在第五预定温度下进行酸化处理，持续第五预定时间后，制得所述碳气凝胶复合材料。

Description

碳气凝胶复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及材复合料领域，更具体地，涉及一种碳气凝胶复合材料的制备方法。
背景技术
质子交换膜燃料电池和金属空气电池通过电化学反应可以有效将化学能转化为电能，且具有功率密度和能量密度高和环境友好等优点，在电动汽车动力电源、移动电源、微型电源及小型发电装置等方面显示出广阔的应用前景。阴极氧还原反应是燃料电池和金属空气电池的速控步骤，目前广泛使用的铂基贵金属催化剂由于价格昂贵、资源紧缺从而制约了低温燃料电池商业化进程。
碳气凝胶是由纳米碳颗粒相互粘结、叠加组成的具有三维纳米网络结构的碳材料，其孔隙率高达80至98％，典型孔隙尺寸小于50nm，比表面积高达600至3000m2/g，是一种纳米孔结构可控、纯度高的新型碳材料，自1989年问世以来，获得了各界人士的广泛关注，可应用于环保吸附、生物医药、高端军用装备等诸多行业领域，尤其在电化学领域备受青睐。
发明内容
鉴于上述问题，本发明利用碳气凝胶的可调节三维纳米网络结构的优势，结合金属颗粒及氮元素原位掺杂技术，提供一种可用于质子交换膜燃料电池阴极氧还原反应中的、具有较高的电催化活性且使用的前驱体价格低廉、可实现规模化制备的掺杂有氮、铁颗粒的碳气凝胶复合材料的制备方法。
本发明提供一种碳气凝胶复合材料的制备方法，其中，包括：制得含铁物质与含氮物质的混合溶液；制得酚醛树脂前驱体溶液；将所述混合溶液与所述酚醛树脂前驱体溶液混合，保持第二预定温度持续第二预定时间制得含有铁元素及氮元素的酚醛树脂湿凝胶；置换出所述酚醛树脂湿凝胶中的溶剂并干燥，制得含有铁元素及氮元素的酚醛树脂气凝胶；在一定流速的惰性气体中保持第三预定温度持续第三预定时间处理所述酚醛树脂气凝胶，制得含有铁元素及氮元素的原位掺杂碳气凝胶；将所述原位掺杂碳气凝胶活化，保持第四预定温度持续第四预定时间后，用酸溶液在第五预定温度下进行酸化处理，持续第五预定时间后，制得所述碳气凝胶复合材料。
优选地，所述含铁物质与所述含氮物质的质量比在1:10至10:1之间。
优选地，所述含铁物质为柠檬酸铁。
优选地，所述含氮物质为氨氰。
优选地，所述制得酚醛树脂前驱体溶液的步骤包括：将间苯二酚、甲醛溶液、水和碳酸钠溶液以一定比例混合并反应，保持第一预定温度持续第一预定时间制得所述酚醛树脂前驱体溶液。
优选地，所述甲醛溶液的质量比浓度为37％；所述碳酸钠溶液的浓度在0.01摩尔每升至1.0摩尔每升之间；所述间苯二酚与所述甲醛的摩尔比在0.1至1之间；所述间苯二酚与所述水的质量比在0.15至1.5之间；所述间苯二酚与所述碳酸钠的摩尔比在50至200之间；所述第一预定温度在25摄氏度至40摄氏度之间；所述第一预定时间在30分钟至90分钟。
优选地，所述混合溶液中的所述含铁物质与所述含氮物质的总质量占所述酚醛树脂前驱体溶液总重的百分之2.0至百分之5.0之间；所述第二预定温度在80摄氏度至100摄氏度之间；所述第二预定时间在48小时至72小时之间。
优选地，所述惰性气体包括氮气和/或氩气和/或氦气；将所述酚醛树脂气凝胶置于石英舟内装有石英管的管式炉央；所述流速在20毫升每分钟至100毫升每分钟之间；升温至所述第三预定温度的速率是5摄氏度每分钟至20摄氏度每分钟之间；所述第三预定温度在800摄氏度至1100摄氏度之间；所述第三预定时间在1小时至4小时之间。
优选地，用于活化所述原位掺杂碳气凝胶的物质为二氧化碳；所述第四预定温度在900摄氏度至100摄氏度之间；所述第四预定时间在30分钟至240分钟之间；所述酸溶液包括高氯酸和/或硫酸和/或盐酸和/或硝酸；所述酸溶液的浓度在0.1摩尔每升至2摩尔每升之间；所述第五预定温度在60摄氏度至80摄氏度之间；所述第五预定时间在12小时至36小时之间。
优选地，所述碳气凝胶复合材料中铁纳米粒子大小在1纳米至10纳米之间；所述碳气凝胶复合材料中铁载量在8％重量至20％重量之间；所述碳气凝胶复合材料中掺杂氮的含量在3％重量至6％重量之间；所述碳气凝胶复合材料中平均孔径在1.8纳米至20纳米之间；所述碳气凝胶复合材料中孔容在0.9立方厘米每克至3.6立方厘米每克之间；所述碳气凝胶复合材料中比表面积在800平方米每克至3600平方米每克之间。
根据上述方法制得的碳气凝胶复合材料应用于质子交换膜燃料电池阴极氧还原反应，具有较高的电催化活性，是优异的替代贵金属铂的电极材料。本方法所使用的前驱体价格低廉，可实现规模化制备。根据本发明的氮掺杂的封装有铁纳米颗粒的碳气凝胶的制备方法，通过原位掺杂的方法制得一种富含有氮元素及铁纳米颗粒的具有高导电率的碳气凝胶材料，有效融合了碳气凝胶发达的孔隙结构和包覆铁纳米粒子的高电催化活性，使该碳气凝胶复合材料作为电极材料应用于质子交换膜燃料电池阴极氧还原反应时，具有较高的电化学活性及稳定性、抗硫中毒性能。该碳气凝胶复合材料在制备过程中，铁单质及碳化铁颗粒的还原过程与酚醛树脂气凝胶的碳化过程同时完成，即本发明在碳气凝胶材料合成的过程中采用了原位掺杂的方法，有利于铁颗粒的均匀分散、与反应物分子充分接触，确保了复合材料内部结构及组成的均匀性、防止了铁颗粒的聚集，且相对于一般的高温热解制备方法，本方法制备的碳复合材料具有更大的比表面积及孔容、更多的活性位点。进一步地，通过调节氨腈、柠檬酸铁的含量、间苯二酚和碳酸钠的摩尔比以及碳活化工艺，使得该碳气凝胶复合材料的含氮量、电导率及其内部结构实现可控调节，方便具有高氮含量及铁颗粒含量的碳气凝胶复合材料的制备。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的特征和优点将更为清楚。
图1示出本发明实施例制备氮掺杂的封装铁纳米颗粒的碳气凝胶材料的流程图。
图2示出本发明实施例1中所得到氮掺杂的封装铁纳米颗粒的碳气凝胶材料表征的衍射图。
图3示出本发明实施例2中所得到的氮掺杂的封装有铁纳米颗粒的Fe@N-CA在0.1MKOH中的ORR活性图。
图4示出本发明实施例2中所得到的Fe@N-CA的单电池放电性能测试结果图。
图5示出本发明实施例3中所得到氮掺杂的封装有铁纳米颗粒的碳气凝胶的透射电镜图。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，可能未示出某些公知的部分。
在下文中描述了本发明的许多特定的细节，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。
图1示出本发明实施例制备氮掺杂的封装铁纳米颗粒的碳气凝胶材料的流程图。
本发明制备的氮掺杂的封装铁纳米颗粒的碳气凝胶材料的方法如下:
步骤一S01：分别将柠檬酸铁100和氨氰200按照一定比例溶于水，均匀混合后制得含有铁元素与氮元素的混合溶液。
步骤二S02：分别将碳酸钠溶液300、间苯二酚400、甲醛溶液500按照一定比例溶于水，均匀混合后保持第一预定温度持续第一预定时间制得酚醛树脂前驱体溶液。
步骤三S03：分别将在上述步骤中制得的含有铁元素与氮元素的混合溶液与酚醛树脂前驱体溶液混合均匀后密封，保持第二预定温度持续第二预定时间制得含有铁元素与氮元素的酚醛树脂湿凝胶。
步骤四S04：通过冷冻干燥法，将含有铁元素与氮元素的酚醛树脂湿凝胶中的溶剂去除，得到含有铁元素与氮元素的粉末状酚醛树脂气凝胶。
步骤五S05：将含有铁元素与氮元素的粉末状酚醛树脂气凝胶置于石英舟内，放入装有石英管的管式炉中，通入一定流速的惰性气体，将试管炉的温度以一定的升温速度升高至第三预定温度持续第三预定时间后，冷却至室温，制得含有铁元素与氮元素的原位掺杂碳气凝胶。
步骤六S06：将含有铁元素与氮元素的原位掺杂碳气凝胶进行活化，保持第四预定温度持续第四预定时间后，用酸溶液在第五预定温度下进行酸化处理，持续第五预定时间后，进行过滤、水洗、烘干，最终制得氮掺杂的石墨化碳封装铁纳米颗粒的碳气凝胶材料。
其中，步骤一S01中，柠檬酸铁100与氨氰200的质量比在1:10～10:1之间。
步骤二S02中，甲醛溶液500的质量比浓度为37％、碳酸钠溶液300的浓度为0.01至1.0mol/L、间苯二酚400与甲醛的摩尔比为0.1至1、间苯二酚400与水的质量比为0.15至1.5、间苯二酚400与碳酸钠的摩尔比为50至200、第一预定温度为25℃至40℃，第一预定时间为30min至90min。
步骤三S03中，含有铁元素与氮元素的混合溶液中的柠檬酸铁100及氨腈的总质量占酚醛树脂前驱体溶液总重的2.0至5.0％、第二预定温度为80℃至100℃，第二预定时间为48h至72h。
步骤五S05中，惰性气体包括氮气、氩气或氦气中的一种或二种以上、气体通入管式炉中的流速在20～100mL/min之间、热处理的升温速率是5～20℃/min、第三预定温度为800℃至1100℃，第三预定时间为1h至4h。
步骤六S06中，第四预定温度为900℃至1000℃，第四预定时间为30min至240min、酸溶液可以是高氯酸、硫酸、盐酸、或硝酸，浓度在0.1～2mol/L之间、第五预定温度为60℃至80℃，第五预定时间为12h至36h。
最终制得的氮掺杂的封装有铁纳米颗粒的碳气凝胶材料中，铁纳米粒子大小在1～10nm之间，铁载量在8～20wt％之间，掺杂氮的含量在3～6wt％之间。平均孔径在1.8～20nm，孔容0.9～3.6cm3/g，比表面积800～3600m2/g。然而本发明实施例的参数设置不限于此，本领域技术人员可以根据实际需要进行相关设置。
在实施例1中，制得氮掺杂的封装铁纳米颗粒的碳气凝胶材料具体方法如下：
称取15g柠檬酸铁和2g氨腈分别溶于150mL水中，均匀混合后制得含有铁元素与氮元素的混合溶液。
取间苯二酚12.5g、甲醛溶液17.5mL、水32.5mL、浓度为0.06mol/L且体积为2.5mL的碳酸钠溶液均匀混合后在40℃的条件下反应30min，制得酚醛树脂前驱体溶液。
将含有铁元素与氮元素的混合溶液与酚醛树脂前驱体溶液混合均匀后，密封并于80℃恒温72小时，制得含有铁元素与氮元素的酚醛树脂湿凝胶。
用冷冻干燥机去除溶剂，得到含铁元素与氮元素的粉末状酚醛树脂气凝胶。
将含铁元素与氮元素的粉末状酚醛树脂气凝胶混合物置于石英舟内，放入装有石英管的管式炉中，在流速为100mL/min氮气气氛下，以5℃/min的速率升高温度至900℃，并保持2小时，冷却至室温后取出。
在二氧化碳气氛下，保持1000℃恒温反应30min，完成活化过程。
将所得到的固体在0.1mol/L高氯酸溶液中，80℃搅拌下处理24小时，过滤水洗干燥后，得到氮掺杂的石墨化碳封装铁纳米颗粒的碳气凝胶材料。
得到氮掺杂的封装铁纳米颗粒的碳气凝胶材料表征的衍射图如图2所示。
然而本发明实施例的参数设置不限于此，本领域技术人员可以根据实际需要进行相关设置。
在实施例2中，制得氮掺杂的封装铁纳米颗粒的碳气凝胶材料具体方法如下：
称取10g柠檬酸铁和10g氨腈分别溶于150ml水中，均匀混合后制得含有铁元素与氮元素的混合溶液。
取间苯二酚12.5g、甲醛溶液36.5mL、水32.5mL、浓度为0.16mol/L且体积为2.5mL的碳酸钠溶液均匀混合后，在25℃条件下反应90min，制得酚醛树脂前驱体溶液。
将含有铁元素与氮元素的混合溶液与酚醛树脂前驱体溶液混合均匀后，密封并于95℃恒温60小时，制得含铁元素与氮元素的酚醛树脂湿凝胶。
用冷冻干燥机去除溶剂，得到含铁元素与氮元素的粉末状酚醛树脂气凝胶。
将含铁元素与氮元素的粉末状酚醛树脂气凝胶混合物置于石英舟内，然后放入装有石英管的管式炉中，在流速为50mL/min氩气气氛下，以10℃/min的速率升高温度至800℃，并保持3小时，冷却至室温后取出。
在二氧化碳气氛下，保持900℃恒温反应200min，完成活化过程。
将活化所得到的固体在1mol/L盐酸溶液中，80℃搅拌下处理24小时，过滤水洗干燥后，得到氮掺杂的封装铁纳米颗粒的碳气凝胶材料。得到的氮掺杂的封装有铁纳米颗粒的Fe@N-CA在0.1M KOH中的ORR活性图如图3所示，得到的Fe@N-CA的单电池放电性能测试结果如图4所示，其中，测试条件为：80℃，阳极：0.3MPa氢气，60mL/min，阴极：0.3MPa氧气，100mL/min。
然而本发明实施例的参数设置不限于此，本领域技术人员可以根据实际需要进行相关设置。
在实施例3中，制得氮掺杂的封装铁纳米颗粒的碳气凝胶材料具体方法如下：
称取1g柠檬酸铁和10g氨腈双分别溶于300mL水中，均匀混合后制得含有铁元素与氮元素的混合溶液。
取间苯二酚12.5g、甲醛溶液60.0m L、水32.5mL、浓度为0.06mol/L且体积为2.5mL的碳酸钠溶液均匀混合后，在30℃条件下反应60min，制得酚醛树脂前驱体溶液。
将含有铁元素与氮元素的混合溶液与酚醛树脂前驱体溶液混合均匀后，密封并于100℃恒温48小时，制得含有铁元素与氮元素的酚醛树脂湿凝胶。
用冷冻干燥机去除溶剂，得到含有铁元素与氮元素的粉末状酚醛树脂气凝胶。
将含有铁元素与氮元素的粉末状酚醛树脂气凝胶混合物置于石英舟内，然后放入装有石英管的管式炉中，在流速为150mL/min氮气气氛下，以20℃/min升高温度至1100℃，并保持3小时，然后冷却至室温后取出。
在二氧化碳气氛下，保持900℃恒温反应120min，完成活化过程。
将活化所得到的固体在0.5mol/L硝酸溶液中，80℃搅拌下处理24小时，过滤水洗干燥后，得到氮掺杂的封装铁纳米颗粒的碳气凝胶材料。本发明实施例3中所得到氮掺杂的封装有铁纳米颗粒的碳气凝胶的透射电镜图如图5所示。
然而本发明实施例的参数设置不限于此，本领域技术人员可以根据实际需要进行相关设置。
表1实施例1-3中所制备材料的相关参数
Figure BDA0001450037660000081
本发明该材料中，铁纳米粒子大小在1～10nm之间，铁载量在8～20wt％之间，掺杂氮的含量在3～6wt％之间。该材料应用于质子交换膜燃料电池阴极氧还原反应，具有较高的电催化活性。本方法所使用的前驱体价格低廉，可实现规模化制备。
然而本发明实施例的参数设置不限于此，本领域技术人员可以根据实际需要进行相关设置。
本发明实施例的有益效果是，利用碳气凝胶的可调节三维纳米网络结构的优势，结合金属颗粒及氮元素原位掺杂技术，提供一种可用于质子交换膜燃料电池阴极氧还原反应中的、具有较高的电催化活性且使用的前驱体价格低廉、可实现规模化制备的掺杂有氮、铁颗粒的碳气凝胶材料的制备方法。
应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。

Claims (10)

1.一种碳气凝胶复合材料的制备方法，其中，包括：
制得含铁物质与含氮物质的混合溶液；
制得酚醛树脂前驱体溶液；
将所述混合溶液与所述酚醛树脂前驱体溶液混合，保持第二预定温度持续第二预定时间制得含有铁元素及氮元素的酚醛树脂湿凝胶；
置换出所述酚醛树脂湿凝胶中的溶剂并干燥，制得含有铁元素及氮元素的酚醛树脂气凝胶；
在一定流速的惰性气体中保持第三预定温度持续第三预定时间处理所述酚醛树脂气凝胶，制得含有铁元素及氮元素的原位掺杂碳气凝胶；
将所述原位掺杂碳气凝胶活化，保持第四预定温度持续第四预定时间后，用酸溶液在第五预定温度下进行酸化处理，持续第五预定时间后，制得所述碳气凝胶复合材料，
其中，所述碳气凝胶复合材料包括氮掺杂的封装铁纳米颗粒的碳气凝胶材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述含铁物质与所述含氮物质的质量比在1:10至10:1之间。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其中，所述含铁物质为柠檬酸铁。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其中，所述含氮物质为氨氰。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述制得酚醛树脂前驱体溶液的步骤包括：将间苯二酚、甲醛溶液、水和碳酸钠溶液以一定比例混合并反应，保持第一预定温度持续第一预定时间制得所述酚醛树脂前驱体溶液。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其中，所述甲醛溶液的质量比浓度为37％；
所述碳酸钠溶液的浓度在0.01摩尔每升至1.0摩尔每升之间；
所述间苯二酚与所述甲醛的摩尔比在0.1至1之间；
所述间苯二酚与所述水的质量比在0.15至1.5之间；
所述间苯二酚与所述碳酸钠的摩尔比在50至200之间；
所述第一预定温度在25摄氏度至40摄氏度之间；
所述第一预定时间在30分钟至90分钟。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述混合溶液中的所述含铁物质与所述含氮物质的总质量占所述酚醛树脂前驱体溶液总重的百分之2.0至百分之5.0之间；
所述第二预定温度在80摄氏度至100摄氏度之间；
所述第二预定时间在48小时至72小时之间。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述惰性气体包括氮气和/或氩气和/或氦气；
将所述酚醛树脂气凝胶置于石英舟内装有石英管的管式炉央；
所述流速在20毫升每分钟至100毫升每分钟之间；
升温至所述第三预定温度的速率是5摄氏度每分钟至20摄氏度每分钟之间；
所述第三预定温度在800摄氏度至1100摄氏度之间；
所述第三预定时间在1小时至4小时之间。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其中，用于活化所述原位掺杂碳气凝胶的物质为二氧化碳；
所述第四预定温度在900摄氏度至100摄氏度之间；
所述第四预定时间在30分钟至240分钟之间；
所述酸溶液包括高氯酸和/或硫酸和/或盐酸和/或硝酸；
所述酸溶液的浓度在0.1摩尔每升至2摩尔每升之间；
所述第五预定温度在60摄氏度至80摄氏度之间；
所述第五预定时间在12小时至36小时之间。
10.如权利要求1所述的制备方法，其中，所述碳气凝胶复合材料中铁纳米粒子大小在1纳米至10纳米之间；
所述碳气凝胶复合材料中铁载量在8％重量至20％重量之间；
所述碳气凝胶复合材料中掺杂氮的含量在3％重量至6％重量之间；
所述碳气凝胶复合材料中平均孔径在1.8纳米至20纳米之间；
所述碳气凝胶复合材料中孔容在0.9立方厘米每克至3.6立方厘米每克之间；
所述碳气凝胶复合材料中比表面积在800平方米每克至3600平方米每克之间。
CN201711034128.XA 2017-10-30 2017-10-30 碳气凝胶复合材料的制备方法 Active CN107887614B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711034128.XA CN107887614B (zh) 2017-10-30 2017-10-30 碳气凝胶复合材料的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711034128.XA CN107887614B (zh) 2017-10-30 2017-10-30 碳气凝胶复合材料的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107887614A CN107887614A (zh) 2018-04-06
CN107887614B true CN107887614B (zh) 2020-11-10

Family

ID=61782871

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711034128.XA Active CN107887614B (zh) 2017-10-30 2017-10-30 碳气凝胶复合材料的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107887614B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109589881A (zh) * 2018-12-13 2019-04-09 南京工业大学 一种以皮革废料制备氮掺杂多孔碳基气凝胶的方法及应用
CN109704306A (zh) * 2019-01-28 2019-05-03 燕山大学 一种氮掺杂磁性碳基复合吸波材料及其制备方法
FR3099885B1 (fr) * 2019-08-14 2021-12-24 Commissariat Energie Atomique Procédé de préparation d’un matériau carboné poreux et azoté avec dopant métallique, notamment utile à titre de catalyseur pour la réduction de l’oxygène (ORR)
FR3112291B1 (fr) * 2020-07-07 2024-04-05 Commissariat Energie Atomique Procédé de préparation d’un matériau carboné poreux et azoté avec dopant métallique, notamment utile à titre de catalyseur pour la réduction de l’oxygène (ORR)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104528891A (zh) * 2015-01-05 2015-04-22 同济大学 一种三维有序大孔Fe2O3/碳气凝胶电极的制备方法及其应用
CN106129421A (zh) * 2016-06-28 2016-11-16 华南理工大学 一种金属‑空气电池用氮掺杂碳气凝胶催化剂及制备方法
CN106565267A (zh) * 2016-11-01 2017-04-19 天津晨祥丰凯新材料科技有限公司 碳气凝胶复合材料的制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104528891A (zh) * 2015-01-05 2015-04-22 同济大学 一种三维有序大孔Fe2O3/碳气凝胶电极的制备方法及其应用
CN106129421A (zh) * 2016-06-28 2016-11-16 华南理工大学 一种金属‑空气电池用氮掺杂碳气凝胶催化剂及制备方法
CN106565267A (zh) * 2016-11-01 2017-04-19 天津晨祥丰凯新材料科技有限公司 碳气凝胶复合材料的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Nitrogen-Doped Graphene and Its Iron-Base d Composite As Efficient Electrocatalysts for Oxygen Reduction;Khaled Parvez ea.al;《ACS NANO》;20121010;第9548页experimental section、conclusion *

Also Published As

Publication number Publication date
CN107887614A (zh) 2018-04-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109841854B (zh) 一种氮掺杂碳载单原子氧还原催化剂及其制备方法
CN108963276B (zh) 用于催化氧还原的非贵金属催化剂及其制备方法
Niu et al. Bimetal-organic frameworks/polymer core-shell nanofibers derived heteroatom-doped carbon materials as electrocatalysts for oxygen reduction reaction
CN107887614B (zh) 碳气凝胶复合材料的制备方法
EP2959970B1 (en) Carbon material for catalyst support use
CN103794806B (zh) 一种锂空气电池正极用纳米氮化铁-碳复合催化剂及其制备方法
CN112968185B (zh) 植物多酚改性的超分子网络框架结构锰基纳米复合电催化剂的制备方法
CN111659401A (zh) 一种三维多孔碳纳米管石墨烯复合膜及其制备方法
CN103682379B (zh) 一种燃料电池用金属掺杂的含氮炭基催化剂及其应用
CN111244484B (zh) 一种亚纳米铂基有序合金的制备方法
CN111477891B (zh) 一种低铂载量氮掺杂多孔空心碳球复合物的制备方法及其产品和应用
CN112968184B (zh) 一种三明治结构的电催化剂及其制备方法和应用
CN108579718B (zh) 一种铟掺杂的纳米多孔碳材料的制备方法及其应用
CN111530486A (zh) 一种新型氮掺杂碳负载铜掺杂磷化钴双层空心纳米粒子复合阵列材料及其制备方法
CN111924820A (zh) 一种空心结构金属单原子位点碳复合材料的制备方法
Su et al. Palladium nanoparticles immobilized in B, N doped porous carbon as electrocatalyst for ethanol oxidation reaction
CN109822107B (zh) 一种金纳米粒子复合生物质碳材料的制备方法
CN113422078B (zh) 一种铁-氮活性位点的蜂窝状多孔碳材料及其制备方法和应用
Huang et al. A polyaniline-modified electrode surface for boosting the electrocatalysis towards the hydrogen evolution reaction and ethanol oxidation reaction
Long et al. Fluorination-enabled interface of PtNi electrocatalysts for high-performance high-temperature proton exchange membrane fuel cells
CN110540196A (zh) 一种硼氮共掺杂多孔石墨烯及其制备方法与应用
CN104607224A (zh) 一种氮掺杂的石墨化碳封装铁纳米颗粒的制备方法
CN115954493A (zh) 一种提高负载型铂基催化剂活性和稳定性的方法
CN111468161B (zh) 一种三功能钴氮双掺杂碳基光子晶体催化剂及其制备方法和应用
CN114214657A (zh) 钼基氮化物/碳化物电催化剂及其制备方法与应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant