【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种二维n/o混配金属有机框架材料、制备方法及超薄海绵状碳片阴极催化剂，属于燃料电池。
技术介绍
1、质子交换膜燃料电池（pemfcs）具有高效率、高功率密度、零污染排放等优点受到人们的青睐。目前，pemfcs需要大量的铂族金属催化剂（platinum group metal，pgm），特别是铂（pt），以促进电化学反应的动力学。其中阴极发生氧还原反应（orr），但是orr缓慢的动力学速度，需要约80%的pgm催化剂以加快反应进行。因此开发一种无铂族金属催化剂来替代资源有限且价格昂贵pgm是显著降低pemfcs整体成本的关键。
2、原子分散的、氮配位的过渡金属碳材料（metal-nitrogen-carbon，m-n-c，m为fe,co或mn等），特别是fe-n-c，因其低廉的成本和在酸性电解质中表现出优异的orr活性被认为是最有希望取代pgm催化剂的候选材料。目前，许多研究人员利用各种方法将fe物种引入锌基咪唑分子筛框架（zif-8）中，通过热解获得具有fen4活性位点的fe-n-c催化剂。尽管这些fe-n-c催化剂在pemfcs中的催化活性正在稳步接近pt的催化活性，但其仍然面临严重的稳定性问题，限制了它们的工业应用。
3、在燃料电池的膜电极组件中，orr区发生在气体-电催化剂-离聚物三相界面中。因此，构建高效的三相界面是同时实现高活性且高稳定性pemfc性能的关键。理想三相界面的设计包括活性位点与碳载体的位置、载体的结构、反应物o2/h+穿过离聚物的传质阻力，以及产物水从活性位点的去除
4、由于催化剂/碳载体大部分与离聚物接触，离聚物-催化剂界面之间的相互作用力被认为是设计高效的三相界面的决定性因素。在pemfcs中的催化剂层内，如何获得适度的离聚物-催化剂界面相互作用力，以得到高效的三相界面，从而提升o2/h+传质和及时除水的能力，使pemfcs具有高活性和高稳定性性能，是本领域亟需解决的一个技术问题。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种二维n/o混配金属有机框架材料、制备方法及超薄海绵状碳片阴极催化剂。所述二维n/o混配金属有机框架材料中，zno4n2混配位为金属节点，沿(200)晶面形成二维结构；基于二维n/o混配金属有机框架材料得到的fe掺杂二维n/o混配金属有机框架材料经热解得到超薄海绵状碳片阴极催化剂，所述催化剂用于pemfcs的阴极中，可实现pemfcs的高活性和高稳定性性能。
2、为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下。
3、一种二维n/o混配金属有机框架材料，所述二维n/o混配金属有机框架材料包括锌离子和2-氨基对苯二甲酸（nh2-bdc）有机配体，zn中心由来自于有机配体的4个氧原子和2个氮原子配位，形成zno4n2正八面体，zno4n2正八面体沿着(200)晶面连接，形成二维周期性菱形(4, 4)状的网格层，一对网格层以abab模式交错排列，整体形成二维结构。
4、一种本专利技术所述的二维n/o混配金属有机框架材料的制备方法，方法步骤包括：
5、将盐溶物种、乙酸、zncl2和nh2-bdc加入h2o中，混合均匀，得到的混合物转移至高压釜中，在80℃~120℃下恒温加热8~24h，得到的产物离心，收集沉淀，洗涤、干燥后得到一种二维n/o混配金属有机框架材料粉末；
6、其中，所述盐溶物种为增加有机配体在水中溶解性的物质；
7、盐溶物种、乙酸、zncl2、nh2-bdc和h2o的用量比为3~5mmol:1~3ml:1~4mmol:1~4mmol: 12ml。
8、优选，所述盐溶物种为naclo4、l-精氨酸、nai或盐酸胍。
9、一种本专利技术所述的二维n/o混配金属有机框架材料的制备方法，方法步骤包括：
10、将l-精氨酸、乙酸、zncl2和nh2-bdc加入h2o中，分散均匀后，密封于玻璃瓶中，80℃~120℃下恒温24~84h，以5~15℃/h的降温速率降至室温，在母液中得到一种二维n/o混配金属有机框架材料单晶。
11、一种fe掺杂的二维n/o混配金属有机框架材料，所述材料中铁离子原位替换部分本专利技术所述的二维n/o混配金属有机框架材料结构中的锌离子，形成zno4n2和feo4n2两种正八面体，铁和锌中心金属位置无序排列，两种正八面体沿着(200)晶面连接，形成二维周期性菱形(4, 4)状的网格层，一对网格层以abab模式交错排列，整体形成二维结构。
12、一种本专利技术所述的fe掺杂的二维n/o混配金属有机框架材料的制备方法，方法步骤包括：
13、将盐溶物种、乙酸、二价铁盐、zncl2和nh2-bdc加入h2o中，混合均匀，得到的混合物转移至高压釜中，在80℃~120℃下恒温加热8~24h，得到的产物离心，收集沉淀，洗涤、干燥后得到一种二维n/o混配金属有机框架材料粉末；
14、其中，所述盐溶物种为增加有机配体在水中溶解性的物质；
15、盐溶物种、乙酸、二价铁盐+zncl2、nh2-bdc和h2o的用量比为3~5mmol:1~3ml:1~4mmol:1~4mmol: 12ml；
16、zncl2与二价铁盐的摩尔量比为1:60~70。
17、优选，所述盐溶物种为naclo4、l-精氨酸、nai或盐酸胍。
18、优选，所述二价铁盐为feso4、fecl2·4h2o和fe(bf4)2·6h2o中的一种以上。
19、一种二维超薄海绵状碳片阴极催化剂，所述催化剂通过以下方法制备得到，方法步骤包括：
20、（1）将本专利技术所述的fe掺杂的二维n/o混配金属有机框架材料放置于管式炉中，打开ar气路阀门，吹扫置换炉管中的空气；
21、（2）关闭ar气路阀门，打开nh3阀门，nh3气流量为4~8ml/min，启动管式炉热解程序：室温加热到150~550℃，升温速率为1~5℃/min，150~550℃恒温1~3h，程序结束后将nh3转为ar，ar气流量为4~8ml/min，继续升温加热到750~1000℃，升温速率为1~5℃/min，750~1000℃恒温1~3h，自然降温直室温，得到一种二维超薄海绵状碳片催化剂。
22、一种质子交换膜燃料电池阴极催化层，通过以下方法制备得到，方法步骤包括：
23、（1）将所述二维超薄海绵状碳片催化剂分散于水/醇类混合溶液中，水/醇类体积比为1:1~4，在冰水浴中超声处理2~4h，得到分散液，分散液的质量浓度为2~8mg/ml；
24、（2）向所述分散液中加入离聚物nafion溶液，离聚物nafion溶液与催化剂的质量比为2~4:1，在冰水浴中超声处理0.5~2h，得到燃料电池用阴极催化剂浆本文档来自技高网...
【技术保护点】
1. 一种二维N/O混配金属有机框架材料，其特征在于：所述二维N/O混配金属有机框架材料包括锌离子和NH2-BDC有机配体，Zn中心由来自于有机配体的4个氧原子和2个氮原子配位，形成ZnO4N2正八面体，ZnO4N2正八面体沿着(200)晶面连接，形成二维周期性菱形(4,4)状的网格层，一对网格层以ABAB模式交错排列，整体形成二维结构。
2.一种如权利要求1所述的二维N/O混配金属有机框架材料的制备方法，其特征在于：方法步骤包括：
3.如权利要求2所述的一种二维N/O混配金属有机框架材料的制备方法，其特征在于：所述盐溶物种为NaClO4、L-精氨酸、NaI或盐酸胍。
4.一种如权利要求1所述的二维N/O混配金属有机框架材料的制备方法，其特征在于：方法步骤包括：
5. 一种Fe掺杂的二维N/O混配金属有机框架材料，其特征在于：所述材料中铁离子原位替换部分权利要求1所述的二维N/O混配金属有机框架材料结构中的锌离子，形成ZnO4N2和FeO4N2两种正八面体，铁和锌中心金属位置无序排列，两种正八面体沿着(200)晶面连接，形成二维周期
6.一种如权利要求5所述的Fe掺杂的二维N/O混配金属有机框架材料的制备方法，其特征在于：方法步骤包括：
7.如权利要求6所述的一种Fe掺杂的二维N/O混配金属有机框架材料的制备方法，其特征在于：所述盐溶物种为NaClO4、L-精氨酸、NaI或盐酸胍；
8.一种二维超薄海绵状碳片阴极催化剂，其特征在于：所述催化剂通过以下方法制备得到，方法步骤包括：
9.一种质子交换膜燃料电池阴极催化层，其特征在于：通过以下方法制备得到，方法步骤包括：
10.一种质子交换膜燃料电池，其特征在于：所述电池的阴极催化层采用权利要求9所述的一种质子交换膜燃料电池阴极催化层。
...【技术特征摘要】
1. 一种二维n/o混配金属有机框架材料，其特征在于：所述二维n/o混配金属有机框架材料包括锌离子和nh2-bdc有机配体，zn中心由来自于有机配体的4个氧原子和2个氮原子配位，形成zno4n2正八面体，zno4n2正八面体沿着(200)晶面连接，形成二维周期性菱形(4,4)状的网格层，一对网格层以abab模式交错排列，整体形成二维结构。
2.一种如权利要求1所述的二维n/o混配金属有机框架材料的制备方法，其特征在于：方法步骤包括：
3.如权利要求2所述的一种二维n/o混配金属有机框架材料的制备方法，其特征在于：所述盐溶物种为naclo4、l-精氨酸、nai或盐酸胍。
4.一种如权利要求1所述的二维n/o混配金属有机框架材料的制备方法，其特征在于：方法步骤包括：
5. 一种fe掺杂的二维n/o混配金属有机框架材料，其特征在于：所述材料中铁离子原位替换部分权利要求1所述的二维n/o混配金属有机框架材料结构中的锌...
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