【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于氧化还原电催化，具体涉及一种氮掺杂碳点辅助制备的铜氮碳电催化剂及其制备方法及其应用。
技术介绍
1、氧还原反应(orr)是可持续清洁能源系统(燃料电池、锌空气电池和电解水装置)的关键反应。然而，氧还原过程的动力学缓慢，导致目前清洁能源系统的功率密度较低。再加上氧气传质等方面的挑战，对以燃料电池为代表的清洁能源系统的大规模商业化构成了重大障碍。
2、铂基(pt)电催化剂对orr具有良好的催化活性，被认为是目前最好的商业化催化剂。然而，贵金属电催化剂的稀缺性、高成本和易中毒等缺点，导致其不能满足燃料电池等清洁能源系统的实际应用需要。因此，为了实现可持续清洁能源系统的规模应用，目前亟待解决的问题之一就是提高电极中催化剂的活性，降低贵金属pt的用量从而降低成本。
3、综上，为了满足可持续清洁能源系统对高性能orr电催化剂的要求，需要开发一种可替代贵金属，经济高效且具有高活性的非贵金属电催化剂。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提出了一种氮掺杂碳点辅助制备铜氮碳电催化剂的方法，可以使铜氮碳电催化剂暴露更多的orr活性位点，提高电荷传输效率，进而具有良好的电催化活性。利用本专利技术方法所制备得到的非贵金属催化剂，具有替代传统pt基催化剂的能力，可以满足清洁能源设备对高性能orr电催化剂的需求。
2、为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：
3、本专利技术提供了一种氮掺杂碳点辅助制备铜氮碳电催化剂的方法
4、s1、将葡萄糖和四乙烯五胺溶于氯化氢溶液中，水热反应后经过滤、透析和干燥制得氮掺杂碳点；
5、s2、将锌盐和2-甲基咪唑混合至浑浊后后，室温静置12～36h后，再经过滤、洗涤和干燥，制得zif-8前驱体；
6、s3、将步骤s1的氮掺杂碳点、步骤s2的zif-8前驱体与铜盐混合，反应后经过滤、洗涤和干燥得到固体产物，固体产物再经热解反应后制得氮掺杂碳点辅助制备的铜氮碳电催化剂。
7、利用本专利技术方法制得的铜氮碳电催化剂具有较大的比表面积，有利于orr活性位点的暴露；同时在制备过程中利用氮掺杂碳点的辅助，有利于金属离子的吸附，从而形成更多的cu-nx活性位点。因此，利用本专利技术方法制备的铜氮碳电催化剂具有良好的导电性和电催化活性，具有接近铂基电催化剂的性能。此外，本专利技术所开发的非贵金属催化剂，制备成本低，有望以低成本的铜基催化剂解决传统的铂基电催化剂制备成本高的缺陷，有利于燃料电池的实际应用。
8、优选地，s1中，所述水热反应为150～200℃下水热反应0.5～3h。
9、优选地，s1中，所述透析为在水中透析16～32h，每隔四小时换水一次。
10、优选地，s2所述锌盐包括乙酸锌、硝酸锌、氯化锌、硫酸锌中至少一种。
11、优选地，s3所述铜盐包括乙酸铜、硝酸铜、氯化铜、硫酸铜中至少一种。
12、优选地，所述锌盐和铜盐的总摩尔量与2-甲基咪唑的摩尔比为1:(4～12)，所述铜盐与锌盐的摩尔比为(0～45):128，所述氮掺杂碳点与铜盐的质量比为1：(40～360)。
13、优选地，s2中，将2-甲基咪唑与锌盐分别溶于水或醇类溶剂中，在超声条件下分散均匀后充分混合。
14、优选地，s2中，混合至浑浊具体为：室温下搅拌5～60min。
15、优选地，所述热解反应在保护气氛下进行，反应的温度为600～900℃，时间为1～3h，保护气氛为氮气或者氩气。
16、优选地，所述热解反应为以4～6℃/min的升温速率升温至600℃，保温2h后再加温至900℃，继续保温1h。
17、本专利技术还提供了采用上述的方法制备得到的铜氮碳电催化剂。
18、本专利技术还提供了上述的铜氮碳电催化剂在氧化还原电催化反应中的应用。比如，应用于燃料电池中。
19、利用本专利技术方法所开发的非贵金属催化剂，有利于orr活性位点的暴露，提高电荷传输效率，进而具有良好的电催化活性，有望替代传统pt基催化剂，以满足清洁能源设备对高性能orr电催化剂的需求。
20、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
21、本专利技术公开了一种氮掺杂碳点辅助制备铜氮碳电催化剂的方法，先利用葡萄糖和四乙烯五胺经水热反应制得氮掺杂碳点，再利用锌盐和2-甲基咪唑反应制得zif-8前驱体，最后将氮掺杂碳点、zif-8前驱体和铜盐混合，经热处理制得电催化剂。本专利技术使用氮掺杂碳点促进zif-8前驱体对过渡金属cu的吸附，使cu和n相互作用，形成更多的orr活性位点cu-nx，从而具有良好的导电性和电催化活性。总体而言，本专利技术具有以下优点：
22、(1)通过在反应体系中引入氮掺杂碳点，有利于对金属离子的吸附，从而形成更多的cu-nx活性位点。同时，铜基催化剂相比于贵金属pt，储量丰富，价格低廉，具有良好的导电性和电催化活性，更有利于催化剂的实际应用。
23、(2)利用氮掺杂碳点辅助制备铜氮碳电催化剂，通过将吸附cu离子的沸石咪唑骨架(zif-8)经过高温碳化反应后形成铜氮共掺杂的碳材料，具有层次化的多孔结构和较大的比表面积，有利于orr活性位点的暴露。同时，适当的氮掺杂碳点添加量能提供更多的cu-nx活性位点，并保留适量的cu纳米颗粒，二者的协同作用可以促进orr过程。
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1.一种氮掺杂碳点辅助制备铜氮碳电催化剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种氮掺杂碳点辅助制备铜氮碳电催化剂的方法，其特征在于，S1中，所述水热反应为150～200℃下水热反应0.5～3h。
3.根据权利要求1所述的一种氮掺杂碳点辅助制备铜氮碳电催化剂的方法，其特征在于，S1中，所述透析为在水中透析16～32h，每隔四小时换水一次。
4.根据权利要求1所述的一种氮掺杂碳点辅助制备铜氮碳电催化剂的方法，其特征在于，S2所述锌盐包括乙酸锌、硝酸锌、氯化锌、硫酸锌中至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种氮掺杂碳点辅助制备铜氮碳电催化剂的方法，其特征在于，S3所述铜盐包括乙酸铜、硝酸铜、氯化铜、硫酸铜中至少一种。
6.根据权利要求1所述的一种氮掺杂碳点辅助制备铜氮碳电催化剂的方法，其特征在于，所述锌盐和铜盐的总摩尔量与2-甲基咪唑的摩尔比为1:4～12，所述铜盐与锌盐的摩尔比为0～45:128，所述氮掺杂碳点与铜盐的质量比为1：40～360。
7.根据权利要求1所述的一种氮掺杂碳点辅助制
8.根据权利要求7所述的一种氮掺杂碳点辅助制备铜氮碳电催化剂的方法，其特征在于，所述热解反应为以4～6℃/min的升温速率升温至600℃，保温2h后再加温至900℃，继续保温1h。
9.采用权利要求1-8任一项所述的方法制备得到的铜氮碳电催化剂。
10.权利要求9所述的铜氮碳电催化剂在氧化还原电催化反应中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种氮掺杂碳点辅助制备铜氮碳电催化剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种氮掺杂碳点辅助制备铜氮碳电催化剂的方法，其特征在于，s1中，所述水热反应为150～200℃下水热反应0.5～3h。
3.根据权利要求1所述的一种氮掺杂碳点辅助制备铜氮碳电催化剂的方法，其特征在于，s1中，所述透析为在水中透析16～32h，每隔四小时换水一次。
4.根据权利要求1所述的一种氮掺杂碳点辅助制备铜氮碳电催化剂的方法，其特征在于，s2所述锌盐包括乙酸锌、硝酸锌、氯化锌、硫酸锌中至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种氮掺杂碳点辅助制备铜氮碳电催化剂的方法，其特征在于，s3所述铜盐包括乙酸铜、硝酸铜、氯化铜、硫酸铜中至少一种。
6.根据权利要求1所述的一种氮掺杂碳点...
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