本发明专利技术公开了一种基于高活性位点氮氧氯共掺杂碳颗粒的氧还原电催化剂及其应用，所述方法包括如下步骤：S1:将六氯丁二烯、苯胺均匀混合后在水热釜下进行加热密闭反应；S2:反应结束后，自然冷却至常温常压，将所得固体洗涤干燥，得到干燥样品；S3:将所述干燥材料在惰性气体保护下进行高温煅烧处理，从而得到所述高活性位点氮氧氯共掺杂碳颗粒；还涉及所述碳材料、用途和包含其的氧还原电极。所述高活性位点氮氧氯共掺杂碳颗粒具有优异的性能，可用来制备燃料电池的氧还原电极，从而可用于燃料电池中，并表现出了良好的电化学性能，在电化学领域具有巨大的应用潜力和工业价值。领域具有巨大的应用潜力和工业价值。领域具有巨大的应用潜力和工业价值。
【技术实现步骤摘要】
基于高活性位点氮氧氯共掺杂碳颗粒的氧还原电催化剂及其应用
[0001]本专利技术提供了一种氧还原电催化剂和应用，更具体而言，提供了一种基于 高活性位点高密度的氮氧氯共掺杂碳颗粒的氧还原电催化剂，及其在氧还原电 极的应用，属于无机功能材料和新能源电极材料领域。
技术介绍
[0002]质子交换膜燃料电池(PEMFC)拥有启动快、寿命长、能量大、无污染等优异 特点，从而在汽车动力装置、移动电源以及发电厂等诸多领域都有着良好的应 用前景。但另一方面，由于还存在诸多技术瓶颈不能解决，导致质子交换膜燃 料电池离真正的商业化应用还有比较遥远的距离。
[0003]迄今为止，最为常用的燃料电池催化剂是铂基催化剂。但由于铂价格昂贵、 资源匮乏，致使催化剂的成本很高。同时铂基催化剂也存在诸多缺陷，例如稳 定性差、易中毒、质量活性低等。因此，寻找廉价活性高、稳定好的催化剂倍 受关注。
[0004]近几年来，具有高比表面积，优异的导电性和稳定性的碳材料例如碳纳米 管、介孔碳等已被广泛地应用于燃料电池方面，例如：
[0005]CN108767275A公开了一种基于四嗪环聚咔唑的氮掺杂碳还原催化剂及其 制备方法。首先，通过简单的方法合成了3,6-二(咔唑基)-1,2,4,5-四嗪(TCy)， 然后将TCy作为单体通过Friedel-Crafts烷基化合反应或氧化偶联反应合成了新 型的超交联聚合物四嗪环聚咔唑，再将该四嗪环聚咔唑通过直接热解的方法得 到基于四嗪环聚咔唑的氮掺杂氧还原催化剂(N/C)，合成的催化剂具有优异的 氧还原(ORR)催化活性和电化学稳定性。该方法操作过程复杂，不利于工业 生产，且抗甲醇性能差。
[0006]为了实现催化活性好、稳定性好、抗甲醇性能好等电化学性能的氧还原电 极的制备，本专利技术团队基于以下工作专利技术作为基础，做了以下工作：
[0007]CN107887613A公开了基于三维网状氮磷硫共掺杂多孔碳材料的氧还原电极 及制备方法与应用，利用苯胺、六氯环三磷腈和硫脲为原料，通过水热合成的 方法反应后在惰性气体下碳化最后制备出三维网状氮磷硫共掺杂多孔碳材料。 所述三维网状氮磷硫共掺杂多孔碳材料具有优异的电学性能，可用来制备燃料 电池的氧还原电极，从而可用于燃料电池中，并表现出了良好的抗甲醇性能、 导电性等，在电化学领域具有巨大的应用潜力和工业价值。
[0008]CN110556548A公开了一种具有氧还原活性氮硫共掺杂的类花菜结构的碳材 料，利用六氯丁二烯、氮硫共源化合物加入溶剂内在高温高压下进行密闭反应， 在惰性气体保护下进行高温焙烧处理，从而得到所述氮硫共掺杂类花菜结构碳 材料；还涉及所述复合材料、用途和包含其的氧还原电极。所述氮硫共掺杂类 花菜结构碳材料具有优异的性能，可用来制备燃料电池的氧还原电极，从而可 用于燃料电池中，并表现出了良好的电化学性能，在电化学领域具有巨大的应 用潜力和工业价值。
[0009]基于上述理由，通过简单、绿色、低成本的合成方法具有良好的电化学性 能的新型杂原子掺杂碳材料具有十分重要的意义，也是目前电化学能源领域的 研究热点和重点，而这也正是本专利技术得以完成的基础所在和动力所倚。
技术实现思路
[0010]为了研发新型的电化学复合材料，尤其是得到能适用于燃料电池阴极催化 剂的复合电极材料，本专利技术人进行了深入的研究，在付出了大量的创造性劳动 后，从而完成了本专利技术。
[0011]基于此，本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一 种基于高活性位点氮氧氯共掺杂碳颗粒的氧还原电催化剂及其应用。
[0012]具体而言，本专利技术的第一个方面是提供氧还原电催化剂，其特征在于：该 氧还原电催化剂包括有高活性位点氮氧氯共掺杂碳颗粒，该高活性位点氮氧氯 共掺杂碳颗粒通过以下方法制备，该方法包括以下步骤：
[0013]S1:将六氯丁二烯、苯胺混合均匀后在水热釜下进行加热密闭反应；
[0014]S2:反应结束后，自然冷却至常温常压，将所得固体进行离心洗涤干燥，得 到干燥样品；
[0015]S3:将所述干燥材料在惰性气体保护下进行高温煅烧处理，从而得到所述高 活性位点氮氧氯共掺杂碳颗粒。
[0016]在本专利技术的所述高活性位点氮氧氯共掺杂碳颗粒的制备方法中，在步骤S1 中，搅拌均匀即为超声30min。
[0017]在本专利技术的所述高活性位点氮氧氯共掺杂碳颗粒的制备方法中，在步骤S1 中，反应温度(即所述的“加热”)为160-260℃，例如可为160℃、180℃、 200℃、220℃、240℃或260℃，优选为180-220℃，最优选为200℃。
[0018]在本专利技术的所述高活性位点氮氧氯共掺杂碳颗粒的制备方法中，在步骤S1 中，反应时间为2-10小时，例如可为2小时、4小时、6小时、8小时或10小时， 最优选为5小时。
[0019]在本专利技术的所述高活性位点氮氧氯共掺杂碳颗粒的制备方法中，在步骤S1 中，所:述六氯丁二烯与苯胺的摩尔比为1：10，例如可为1:1、1:5、1:10、1:15、 1:20、1:25或1:30，最优选为1:10。
[0020]在本专利技术的所述高活性位点氮氧氯共掺杂碳颗粒的制备方法中，在步骤S2 中，干燥温度为80-120℃，例如可为80℃、90℃、100℃、110℃或120℃； 干燥时间为4-10小时，例如可为4小时、6小时、8小时或10小时。
[0021]在本专利技术的所述高活性位点氮氧氯共掺杂碳颗粒的制备方法中，在步骤S3 中，所述高温煅烧处理的温度为，700-1100℃，例如可为700℃、800℃、 900℃、1000℃或1100℃，最优选为900℃。
[0022]在本专利技术的所述密度氮氧氯共掺杂碳颗粒的制备方法中，在步骤S3中，所 述高温煅烧时间为1-3小时，例如可为1小时、2小时或3小时，最优选为2小 时。
[0023]综上所述，所述步骤S3中的高温煅烧处理，即将所述干燥样品在该温度范 围下，于惰性气氛中高温放置1-3小时，从而得到本专利技术所述的高活性位点氮氧 氯共掺杂碳颗粒。
[0024]本专利技术人发现，当采用本专利技术的上述制备方法尤其是其中的某些优选工艺 参数时，能够得到具有优良电化学性能的高活性位点氮氧氯共掺杂碳颗粒，由 其制得的氧还原电极具有优异的电化学性能，例如稳定性好、催化活性高、寿 命长等，从而可应用在燃料电池中。
[0025]另外，本专利技术还提供一种如所述的氧还原电催化剂在制备氧还原电极的应 用。具体而言，该一种氧还原电极的制备方法，包括以下步骤：
[0026](1)将玻碳电极在粒度为0.3-0.7μm的氧化铝水浆中打磨、抛光，然后依次 在丙酮、无水乙醇和高纯水中超声洗涤20-40秒，氮气吹干，获得预处理玻碳电 极；
[0027](2)取权利要求1所述的高活性位点氮氧氯共掺杂碳颗粒分散在乙醇水溶液 中，然后超声分散5-15分钟，获得混合均匀溶液；将所述混合均匀溶液滴到所 述预处理玻碳电极上，室温干燥；再次在玻碳电极本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种氧还原电催化剂，其特征在于：该氧还原电催化剂包括有高活性位点氮氧氯共掺杂碳颗粒，该高活性位点氮氧氯共掺杂碳颗粒通过以下方法制备，该方法包括以下步骤：S1:将六氯丁二烯、苯胺混合均匀后在水热釜下进行加热密闭反应；S2:反应结束后，自然冷却至常温常压，将所得固体进行离心洗涤干燥，得到干燥样品；S3:将所述干燥材料在惰性气体保护下进行高温煅烧处理，从而得到所述高活性位点氮氧氯共掺杂碳颗粒。2.一种如权利要求1所述的氧还原电催化剂在制备氧还原电极的应用。3.一种氧还原电极的制备方法，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：金辉乐，王舜，王琪，张晶晶，刘一严，李俊，
申请(专利权)人：温州大学新材料与产业技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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