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一種過渡金屬嵌入式多孔氮磷摻雜碳材料及其制備方法和應用與流程

文檔序號:12571171閱讀:來源:國知局

技術(shù)特征:

1.一種過渡金屬嵌入式多孔氮磷摻雜碳材料,其特征在于,其是以瓊脂作為碳源,同時作為金屬離子的固定劑,乙二胺四亞甲基磷酸(EDTMPA)為氮、磷源,所制得的微孔介孔結(jié)構(gòu)并存,且金屬粒子在碳載體中均勻分布的多孔氮磷摻雜碳材料。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過渡金屬嵌入式多孔氮磷摻雜碳材料,其特征在于,所述過渡金屬為鐵、鈷、鎳、錳中的一種或者幾種。

3.權(quán)利要求1-2任一項所述過渡金屬嵌入式多孔氮磷摻雜碳材料的制備方法,其特征在于,包括以下步驟:將過渡金屬與乙二胺四亞甲基磷酸形成穩(wěn)定的配合物,再利用瓊脂能夠與水互溶,且能夠形成穩(wěn)定水凝膠的特性,將配合物固定于瓊脂凝膠中,然后低溫冷凍干燥、高溫熱還原制備出氮、磷摻雜的碳載金屬材料,即得所述多孔氮磷摻雜碳材料。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的過渡金屬嵌入式多孔氮磷摻雜碳材料的制備方法,其特征在于,包括以下步驟:

(1)將過渡金屬的鹽溶解于蒸餾水形成溶液;

(2)向步驟(1)制得的金屬鹽溶液中加入過量乙二胺四亞甲基磷酸溶液;

(3)瓊脂水溶液的配制:將瓊脂粉或瓊脂條加入蒸餾水中,加熱至微沸,攪拌至瓊脂完全溶解,停止加熱,使瓊脂溶液溫度保持在40-100℃;

(4)將步驟(2)中制得的溶液加入步驟(3)的瓊脂溶液中,待其自然凝固形成凝膠,然后將制得的凝膠進行冷凍干燥處理;

(5)將步驟(4)中經(jīng)過冷凍處理的瓊脂凝膠進行高溫熱處理,并持續(xù)通入保護氣體,碳化,離心洗滌,即得所述材料。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的過渡金屬嵌入式多孔氮磷摻雜碳材料的制備方法,其特征在于,所述步驟(1)中過渡金屬的鹽為過渡金屬的硝酸鹽。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的過渡金屬嵌入式多孔氮磷摻雜碳材料的制備方法,其特征在于,所述步驟(2)最終所得溶液中氮和磷的含量控制在5-80%。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的過渡金屬嵌入式多孔氮磷摻雜碳材料的制備方法,其特征在于,所述步驟(3)中瓊脂與蒸餾水的質(zhì)量比(1-80):100。

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的過渡金屬嵌入式多孔氮磷摻雜碳材料的制備方法,其特征在于,所述步驟(4)中冷凍干燥使用冷凍干燥機,冷凍干燥機的溫度為-10~-55℃,氣壓為≤150Pa。

9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的過渡金屬嵌入式多孔氮磷摻雜碳材料的制備方法,其特征在于,所述步驟(5)中高溫熱處理的條件為:以1~10℃/min的升溫速率升至400~1000℃,保護氣體流速30~200mL/min,保溫2~6h;保護氣體為氮氣、氬氣、氦氣中的一種或者幾種按任意比例混合而成的氣體。

10.權(quán)利要求1-2任一項所述過渡金屬嵌入式多孔氮磷摻雜碳材料的應用,其特征在于,所述材料作為電極材料用于氧析出反應(OER)和氧還原反應(ORR)催化劑,即用于分解水反應與燃料電池的催化劑。

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