CN114477163A - 铁/氮共掺杂单原子碳催化剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种铁/氮共掺杂碳催化剂的制备方法，包括如下步骤：步骤S1：用水溶解羧甲基纤维素钠(CMC)，得到CMC水凝胶；步骤S2：将氮源加入到CMC水凝胶中，超声，得到氮源/CMC凝胶；步骤S3：将氮源/CMC凝胶滴入铁盐水溶液中，静置，干燥，得到Fe/氮源/CMC预前体；步骤S4：将Fe/氮源/CMC预前体进行第一煅烧，得到石墨化碳；用酸液蚀刻所述石墨化碳，二次煅烧，研磨，得到所述铁/氮共掺杂碳催化剂。本发明提供的铁/氮共掺杂碳催化剂的制备方法，原料价格低廉，节能环保，成本低。制备得到的铁/氮共掺杂碳催化剂为单原子催化剂，包含FeN₄活性位点，是一种非常有前景的催化材料。

Description

铁/氮共掺杂单原子碳催化剂及其制备方法

技术领域

本发明专利涉及高分子材料与电化学能源领域，尤其是指一种铁/氮共掺杂碳催化剂及其制备方法。

背景技术

锌-空气电池(Zn-Air Battery)主要由空气阴极、锌金属阳极和电解质组成。锌-空气电池的工作原理如图5所示：在放电过程中，金属锌在阳极充当“燃料”，锌发生氧化反应生成金属离子，同时将释放的电子输送到外电路；空气中的氧气在阴极接收电子发生氧还原反应(ORR)生成带电子的氧物种；在电解质中，金属锌离子与氧物种结合成锌氧化物。充电过程与放电过程互为逆过程，充电时氧气在阴极析出反应(OER)，而金属锌在阳极重新沉积。锌-空气电池由于其成本低廉、环境友好和高能量密度等优点，在开发能源转化装置应对能源短缺和环境污染方面引起了广泛关注，此外，锌固有的安全性更加使得它们成为新兴的移动和电子应用有希望的候选者。

大量研究表明：限制锌-空气电池产能效率的决定因素是阴极缓慢的动力学(氧化还原反应)。锌-空气电池中空气阴极具有较大的经济性，被认为是最有可能被放大应用的构型。

空气阴极主要由三部分组成：扩散层、集流体、催化层。直接暴露在空气一侧的是扩散层，其内部有允许氧气通过的多孔毛细结构。位于中间位置的是收集电子的集流体，它作为电极的骨架决定其机械强度。临近电解液一侧是催化层，催化层是氧气还原反应发生的场所，它由粘结剂和催化剂组成。粘结剂将催化剂固定在集流体上。氧气通过扩散层传递到催化层结合质子、电子发生氧气还原反应。

催化层的催化剂，目前主要有三大类，分别是贵金属催化剂、碳纳米复合物催化剂以及生物质碳基催化剂，其中，生物质碳基催化剂因价格低廉、来源广泛、催化性能优异等优点，近年来引起了研究者的广泛关注。相关资料表明：在碳基催化剂中进行一元或多元的非金属元素(N、P、S、B)或者非贵金属(Fe,Co,Ni,Mn)掺杂可显著提高催化性能。

因此，寻找一种合适的容易在掺杂碳基催化剂中掺杂非金属元素和/或金属元素的物质以及提供一种可显著提高碳基催化剂催化性能的催化剂显得很有必要。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一，研究过程中，发明人惊奇地发现，羧甲基纤维素钠，纤维素应用最广泛的衍生物之一，因其具有水溶性，可容易掺杂氮源和铁源，并且简便操作即可制备高效的Fe/N/C单原子催化剂。太阳能通过叶绿体光合作用可转化为生物质能储存在生物体内，生物质取之不尽用之不竭，是最广泛存在的可再生能源。纤维素、半纤维素和木质素组成的木质纤维素是地球上含量最丰富、成本最低的生物质资源。由此，在本发明的第一方面，本发明提供一种铁/氮共掺杂碳催化剂的制备方法，包括如下步骤：

步骤S1：用水溶解羧甲基纤维素钠(CMC)，得到CMC水凝胶；

步骤S2：将氮源加入到步骤S1得到的CMC水凝胶中，超声，得到氮源/CMC凝胶；

步骤S3：将步骤S2得到的氮源/CMC凝胶滴入铁盐水溶液中，静置，干燥，得到Fe/氮源/CMC预前体；

步骤S4：将步骤S3得到的Fe/氮源/CMC预前体在氮气氛围中进行第一煅烧，得到石墨化碳；用酸液蚀刻所述石墨化碳，二次煅烧，研磨，得到所述铁/氮共掺杂碳催化剂。

在本发明的一个或多个实施例中，所述步骤S1中，CMC水凝胶中，CMC的浓度为2wt％～5wt％。

在本发明的一个或多个实施例中，所述步骤S2中，氮源/CMC凝胶中，氮源的浓度为5wt％～15wt％；优选地，所述氮源选自NH₄Cl和尿素中的一种或两种。

在本发明的一个或多个实施例中，所述步骤S3中，铁盐水溶液的浓度为0.2wt％～1wt％；优选地，所述铁盐选自氯化铁、硝酸铁、硫酸铁中的一种或多种。

在本发明的一个或多个实施例中，所述步骤S4中，第一煅烧的温度为800℃～1000℃。

在本发明的一个或多个实施例中，所述第一煅烧的升温速率为5℃/min-10℃/min，保温时间为1h-3h，降温速率为10℃/min-15℃/min。

在本发明的一个或多个实施例中，所述步骤S4中，所述酸液中的酸选自盐酸、氢氟酸、甲酸中的一种或多种。

在本发明的一个或多个实施例中，所述步骤S4中，所述酸液的浓度为1wt％～10wt％。

在本发明的一个或多个实施例中，所述步骤S4中，每蚀刻0.1g石墨化碳所采用的酸液的体积为4mL～60mL。

在本发明的第二方面，本发明提供一种铁/氮共掺杂碳催化剂，所述铁/氮共掺杂碳催化剂为单原子催化剂，优选地，所述铁/氮共掺杂碳催化剂包含FeN₄活性位点；

优选地，所述铁/氮共掺杂碳催化剂是由本发明第一方面所述的铁/氮共掺杂碳催化剂的制备方法制备得到的。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

1、本发明提供的铁/氮共掺杂碳催化剂的制备方法，以地球上含量最高的生物质—纤维素的衍生物羧甲基纤维素钠为原料，直接制备碳基催化剂，原料来源丰富且价格低廉。

2、本发明提供的铁/氮共掺杂碳催化剂的制备方法，在室温下即可完成Fe/N/C前驱体的制备，不需要高温高压的水热碳化，更加节能环保，成本更低。

3、本发明提供的铁/氮共掺杂碳催化剂的制备方法，其制备得到的铁/氮共掺杂碳催化剂为单原子催化剂，包含FeN₄活性位点。

4、本发明提供的铁/氮共掺杂碳催化剂的制备方法，通过高温煅烧后的催化剂，在起始电位、半波电位和极限电流处均远超市场上的铂碳(Pt/C)标准品，是一种非常有前景的催化材料。

附图说明

图1为实施例3铁/氮共掺杂碳催化剂的制备流程图，其中，图1a为前驱体图，图1b为实施例3制备得到的铁/氮共掺杂碳催化剂的球差电镜图像。

图2为实施例3和FePc、单质Fe片标准品的Fe K边的傅里叶变换的扩展X射线吸收精细结构(EXAFS)测试(进一步验证形成FeN₄活性位点)。

图3为铁/氮共掺杂碳催化剂在1600rpm时0.2～0.7V处的电子转移数(n)和过氧化氢(H₂O₂)产率，其中，图3a为实施例3制备得到的铁/氮共掺杂碳催化剂(Fe-N-CMC 900)和商业铂碳(20％Pt-C)的比较结果图，图3b为不同工艺条件(实施例1(Fe-CMC 900)、实施例2(Fe-N-CMC 800)、实施例3(Fe-N-CMC 900)、实施例4(Fe-N-CMC 1000)、对比例1(20％Pt-C)、对比例2(CMC 900))制得的催化剂比较结果图。

图4a为实施例3制备得到的铁/氮共掺杂碳催化剂的稳定性测试图；图4b为实施例3制备得到的铁/氮共掺杂碳催化剂(Fe-N-CMC 900)和商业铂碳(20％Pt-C)的抗3M甲醇毒性测试比较结果图。

图5为锌-空气电池的工作原理图。

图6为为不同工艺条件(实施例1(Fe-CMC 900)、实施例2(Fe-N-CMC 800)、实施例3(Fe-N-CMC 900)、实施例4(Fe-N-CMC 1000)、对比例1(20％Pt-C)、对比例2(CMC 900))制得的催化剂的电流密度比较结果图。

具体实施方式

本发明主要提供一种铁/氮共掺杂碳催化剂的制备方法和一种铁/氮共掺杂碳催化剂。

铁/氮共掺杂碳催化剂的制备方法

本发明提供一种铁/氮共掺杂碳催化剂的制备方法，包括如下步骤：

步骤S1：用水溶解羧甲基纤维素钠(CMC)，得到CMC水凝胶；

步骤S2：将氮源加入到步骤S1得到的CMC水凝胶中，超声，得到氮源/CMC凝胶；

步骤S3：将步骤S2得到的氮源/CMC凝胶滴入铁盐水溶液中，静置，干燥，得到Fe/氮源/CMC预前体；

步骤S4：将步骤S3得到的Fe/氮源/CMC预前体在氮气氛围中进行第一煅烧，得到石墨化碳；用酸液蚀刻所述石墨化碳，二次煅烧，研磨，得到所述铁/氮共掺杂碳催化剂。

在本发明的一个或多个实施例中，所述步骤S1中，CMC水凝胶中，CMC的浓度为2wt％～5wt％，优选为2.7wt％。

在本发明的一个或多个实施例中，所述步骤S2中，氮源/CMC凝胶中，氮源的浓度为5wt％～15wt％，优选为5.1wt％；优选地，所述氮源选自NH₄Cl和尿素中的一种或两种，优选为NH₄Cl。

在本发明的一个或多个实施例中，所述步骤S3中，氯化铁水溶液的浓度为0.2wt％～1wt％，优选为0.5wt％；优选地，所述铁盐选自氯化铁、硝酸铁、硫酸铁中的一种或多种，优选为氯化铁。

在本发明的一个或多个实施例中，所述步骤S4中，第一煅烧的温度为800℃～1000℃，优选为900℃。

在本发明的一个或多个实施例中，所述第一煅烧的升温速率为5℃/min-10℃/min，保温时间为1h-3h，降温速率为10℃/min-15℃/min。

在本发明的一个或多个实施例中，所述步骤S4中，所述酸液中的酸选自盐酸、氢氟酸、甲酸中的一种或多种，优选为盐酸。

在本发明的一个或多个实施例中，所述步骤S4中，所述酸液的浓度为1wt％～10wt％，优选为10wt％。

在本发明的一个或多个实施例中，所述步骤S4中，每蚀刻0.1g石墨化碳所采用的稀酸溶液的体积为4mL～60mL，优选为15mL。

铁/氮共掺杂碳催化剂

本发明提供一种铁/氮共掺杂碳催化剂，所述铁/氮共掺杂碳催化剂为单原子催化剂，优选地，所述铁/氮共掺杂碳催化剂包含FeN₄活性位点；

优选地，所述铁/氮共掺杂碳催化剂是由上述的铁/氮共掺杂碳催化剂的制备方法制备得到的。

下面将结合实施例对本发明的方案进行解释。本领域技术人员将会理解，下面的实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。使用的方法如无特别说明，均为本领域公知的常规方法，使用的耗材和试剂如无特别说明，均为市场购得。除非另有说明，本文中所用的专业与科学术语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法或材料也可应用于本发明中。

实施例1

将羧甲基纤维素钠(CMC)称取5g,加入180mL超纯水，搅拌制得CMC水凝胶。再将CMC凝胶滴入400mL的0.5wt％的FeCl₃水溶液中，制得Fe/CMC前驱体。

将干燥后的复合Fe/CMC前驱体转移至管式炉中，预先以50mL/min的氮气流率通气1h排出管中空气，然后以5℃/min的升温速率将管式炉从室温加热到800℃并保温2h，自然冷却至室温后，以每0.1g催化剂使用15mL的10wt％HCl进行蚀刻，并用超纯水洗涤至中性并干燥，然后进行二次煅烧(900℃，2h)，研磨后即得到碳基催化剂。

利用电化学工作站和锌-空气电池测试碳材料的电化学性能，具体测试方法如下：

将制备的碳基催化剂与乙醇、全氟磺酸溶液(Nafion)按照10mg：950μL：50μL的比例配制浆料，超声60min混匀，用移液枪取20μL滴于直径5mm的玻碳电极上，以铂丝为对电极，Ag/AgCl为参比电极，0.1M KOH的溶液为电解质，利用电化学工作站测试碳催化剂的ORR(氧气还原反应)电子转移数以及1600rpm的半波电位。

将制备的碳催化剂与乙醇、全氟磺酸按照2.5mg：237.5μL：12.5μL的比例置于密封玻璃瓶中超声均匀，所得浆料涂布于1cm²碳布的一侧作为催化层，室温静置24h；同时碳布的另一侧涂布导电层和扩散层作为阴极，导电层为炭黑与60wt％聚四氟乙烯溶液的混合物，其用量比为25mg：300μL，并以5℃/min的升温速率进行370℃退火25min；扩散层为60wt％聚四氟乙烯溶液，以5℃/min的升温速率进行370℃退火12min，重复涂布3次；以含有0.2M Zn(Ac)₂的6M KOH作为电解液，与阳极锌片组成锌-空气燃料电池。

利用电化学工作站测试碳材料，得到的碳材料的电化学性能技术指标如下：

1600rpm时的半波电位：0.68V；

1600rpm时0.2V～0.7V处的电子转移数：3.55～3.76。

实施例2

将羧甲基纤维素钠(CMC)称取5g,加入180mL超纯水，搅拌制得CMC水凝胶。将10g的NH₄Cl加入到CMC水凝胶中，超声30min得到均一的NH₄Cl/CMC凝胶；再将NH₄Cl/CMC凝胶滴入400mL的0.5wt％的FeCl₃水溶液中，制得Fe/NH₄Cl/CMC前驱体。

将干燥后的复合Fe/NH₄Cl/CMC前驱体转移至管式炉中，预先以50mL/min的氮气流率通气1h排出管中空气，然后以5℃/min的升温速率将管式炉从室温加热到800℃并保温2h，自然冷却至室温后，以每0.1g催化剂使用15mL的10wt％HCl进行蚀刻，并用超纯水洗涤至中性并干燥，然后进行二次煅烧(900℃，2h)，研磨后即得到铁/氮共掺杂碳催化剂，所述铁/氮共掺杂碳催化剂为单原子碳催化剂，其包含FeN₄活性位点。

使用实施例1同样的测试方法，利用电化学工作站和锌-空气电池测试所制备的铁/氮共掺杂碳催化剂的电化学性能，得到的铁/氮共掺杂碳催化剂的电化学性能技术指标如下：

最大功率密度：181.9mW/cm²；

1600rpm时的起始电位：1.02V，半波电位：0.89V，在0.2V时的极限电流：6.67mAcm^-2；

1600rpm时0.2V～0.7V处的电子转移数：3.95～3.98。

实施例3

将羧甲基纤维素钠(CMC)称取5g,加入180mL超纯水，搅拌制得CMC水凝胶。将10g的NH₄Cl加入到CMC水凝胶中，超声30min得到均一的NH₄Cl/CMC凝胶；再将NH₄Cl/CMC凝胶滴入400mL的0.5wt％的FeCl₃水溶液中，制得Fe/NH₄Cl/CMC前驱体。

将干燥后的复合Fe/NH₄Cl/CMC前驱体转移至管式炉中，预先以50mL/min的氮气流率通气1h排出管中空气，然后以5℃/min的升温速率将管式炉从室温加热到900℃并保温2h，自然冷却至室温后，以每0.1g催化剂使用15mL的10wt％HCl进行蚀刻，并用超纯水洗涤至中性并干燥，然后进行二次煅烧(900℃，2h)，研磨后即得到铁/氮共掺杂碳催化剂。

使用实施例1同样的测试方法，利用电化学工作站和锌-空气电池测试碳材料，得到的碳材料的电化学性能技术指标如下：

最大功率密度：214.3mW/cm²；

1600rpm时的起始电位：1.04V，半波电位：0.89V，在0.2V时的极限电流：6.74mAcm^-2；

1600rpm时0.2V～0.7V处的电子转移数：3.97～3.99。

此外，所制备的铁/氮共掺杂碳催化剂的球差图像如图1b所示，由图1b可知，所制备的铁/氮共掺杂碳催化剂为单原子碳催化剂，所制备的铁/氮共掺杂碳催化剂的Fe K边的傅里叶变换的扩展X射线吸收精细结构(EXAFS)测试如图2所示，由图2可知，所制备的铁/氮共掺杂碳催化剂包含FeN₄活性位点。由图3(a)可知，该催化剂在ORR过程中是4电子转移途径，具有极高的选择性，甚至超过Pt/C。由图4(a)可知，其在CV循环10000圈后，其半波电位仅下降7mV，电流密度仅下降0.11mA cm^-2，具有很好的稳定性；此外，做抗甲醇毒性测试，结果如图4b所示，由结果可知，与商业Pt/C相比，所制备的铁/氮共掺杂碳催化剂具有很强的抗毒性，各项性能均超过Pt/C。

实施例4

将羧甲基纤维素钠(CMC)称取5g,加入180mL超纯水，搅拌制得CMC水凝胶。将10g的NH₄Cl加入到CMC水凝胶中，超声30min得到均一的NH₄Cl/CMC凝胶；再将NH₄Cl/CMC凝胶滴入400mL的0.5wt％的FeCl₃水溶液中，制得Fe/NH₄Cl/CMC前驱体。

将干燥后的复合Fe/NH₄Cl/CMC前驱体转移至管式炉中，预先以50mL/min的氮气流率通气1h排出管中空气，然后以5℃/min的升温速率将管式炉从室温加热到1000℃并保温2h，自然冷却至室温后，以每0.1g催化剂使用15mL的10wt％HCl进行蚀刻，并用超纯水洗涤至中性并干燥，然后进行二次煅烧(900℃，2h)，研磨后即得到铁/氮共掺杂碳催化剂。

使用实施例1同样的测试方法，利用电化学工作站和锌-空气电池测试碳材料，得到的铁/氮共掺杂碳催化剂的电化学性能技术指标如下：

最大功率密度：149.1mW/cm²；

1600rpm时的起始电位：0.94V，半波电位：0.85V，在0.2V时的极限电流：6.19mAcm^-2；

1600rpm时0.2V～0.7V处的电子转移数：3.88～3.92。

对比例1

对比例1以商业铂碳(Pt/C,20％)为催化材料

使用实施例1同样的测试方法，利用电化学工作站和锌-空气电池测试铂碳，得到的电化学性能技术指标如下：

最大输出功率：145.7mW/m²

1600rpm时的起始电位：0.99V，半波电位：0.86V，在0.2V时的极限电流：5.69mAcm^-2；

1600rpm时0.2V～0.7V处的电子转移数：3.95～3.97。

对比例2

对比例2直接以羧甲基纤维素钠(CMC)为原料，放置管式炉中，预先以50mL/min的氮气流率通气1h排出管中空气，然后以5℃/min的升温速率将管式炉从室温加热到900℃并保温2h，自然冷却至室温后，研磨后即得到碳催化剂。

使用实施例1同样的测试方法，利用电化学工作站测试碳材料，得到的碳材料的电化学性能技术指标如下：

1600rpm时的起始电位：0.95V，半波电位：0.73V，在0.2V时的极限电流：4.22mAcm^-2；

1600rpm时0.2V～0.7V处的电子转移数：2.76～2.98。

下表1为不同工艺条件制得的碳基催化剂技术指标比较

表1：不同工艺条件制得的碳基催化剂技术指标比较

从表1中可以看出，图3b为不同工艺条件(实施例1(Fe-CMC 900)、实施例2(Fe-N-CMC 800)、实施例3(Fe-N-CMC 900)、实施例4(Fe-N-CMC 1000)、对比例1(20％Pt-C)、对比例2(CMC 900))制得的催化剂在1600rpm时0.2～0.7V处的电子转移数(n)和过氧化氢(H₂O₂)产率比较结果图。图6为为不同工艺条件(实施例1(Fe-CMC 900)、实施例2(Fe-N-CMC 800)、实施例3(Fe-N-CMC 900)、实施例4(Fe-N-CMC 1000)、对比例1(20％Pt-C)、对比例2(CMC900))制得的催化剂的电流密度比较结果图。对比例2所用原料为商业铂碳(Pt/C,20％)，与实施例2～4比较可知，用本发明制备方法制备得到的铁/氮共掺杂碳催化剂的最大功率密度均高于商业铂碳，进一步地，当煅烧温度为800～900摄氏度时，本发明制备方法制备得到的铁/氮共掺杂碳催化剂的半波电位也显著高于商业铂碳，更进一步地，当煅烧温度为900摄氏度时，本发明制备方法制备得到的铁/氮共掺杂碳催化剂1600rpm 0.2～0.7V处的电子转移数也显著优于商业铂碳，具有极高的4电子选择性。

对比例2所用原料为CMC，未进行任何处理，直接煅烧，与实施例1相比较，因其未掺杂Fe导致其1600rpm 0.2～0.7V处的电子转移数不如实施例1；

对比实施例1和3，发现掺杂铁源和氮源同时掺杂比仅仅掺杂铁源的催化剂性能更加优异，说明氮源在催化剂制备中起着关键性作用。

实施例2～4相比，不同温度对催化剂的影响特别大，900℃下制备的碳材料的性能最佳；

实施例3中的铁/氮共掺杂单原子碳催化剂在上述各类指标均表现特别优异，因此实施例3的反应条件为最优条件。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种铁/氮共掺杂碳催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：用水溶解羧甲基纤维素钠(CMC)，得到CMC水凝胶；

步骤S2：将氮源加入到步骤S1得到的CMC水凝胶中，超声，得到氮源/CMC凝胶；

步骤S3：将步骤S2得到的氮源/CMC凝胶滴入铁盐水溶液中，静置，干燥，得到Fe/氮源/CMC预前体；

步骤S4：将步骤S3得到的Fe/氮源/CMC预前体在氮气氛围中进行第一煅烧，得到石墨化碳；用酸液蚀刻所述石墨化碳，第二煅烧，研磨，得到所述铁/氮共掺杂碳催化剂。

2.根据权利要求1所述的铁/氮共掺杂碳催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，CMC水凝胶中，CMC的浓度为2wt％～5wt％。

3.根据权利要求1所述的铁/氮共掺杂碳催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，氮源/CMC凝胶中，氮源的浓度为5wt％～15wt％；优选地，所述氮源选自NH₄Cl和尿素中的一种或两种。

4.根据权利要求1所述的铁/氮共掺杂碳催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，铁盐水溶液的浓度为0.2wt％～1wt％；优选地，所述铁盐选自氯化铁、硝酸铁、硫酸铁中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的铁/氮共掺杂碳催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，第一煅烧的温度为800℃～1000℃。

6.根据权利要求5所述的铁/氮共掺杂碳催化剂的制备方法，其特征在于，所述第一煅烧的升温速率为5℃/min-10℃/min，保温时间为1h-3h，降温速率为10℃/min-15℃/min。

7.根据权利要求1所述的铁/氮共掺杂碳催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述酸液中的酸选自盐酸、氢氟酸、甲酸中的一种或多种。

8.根据权利要求7所述的铁/氮共掺杂碳催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述酸液的浓度为1wt％～10wt％。

9.根据权利要求8所述的铁/氮共掺杂碳催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，每蚀刻0.1g石墨化碳所采用的酸液的体积为4mL～60mL。

10.一种铁/氮共掺杂碳催化剂，其特征在于，所述铁/氮共掺杂碳催化剂为单原子催化剂，优选地，所述铁/氮共掺杂碳催化剂包含FeN₄活性位点；

优选地，所述铁/氮共掺杂碳催化剂是由权利要求1～9任一项所述的铁/氮共掺杂碳催化剂的制备方法制备得到的。

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