【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及催化剂及其制备，尤其涉及一种fe-sn-n-c阴极氧还原催化剂及制备方法、应用。
技术介绍
1、质子交换膜燃料电池（pemfc）是一种新型的能量转换装置，并且对环境较为友好。然而传统的燃料电池多使用贵金属催化剂，尤其作为阴极氧还原催化剂使用，贵金属催化剂具有成本高、资源不足等缺点，阻碍了质子交换膜燃料电池的大规模运用。
2、非贵金属单原子催化剂具有较低的成本和较高的催化活性。但是在质子交换膜燃料电池中，非贵金属位点溶出会造成单原子活性中心载量大幅降低，使得非贵金属单原子催化剂在实际应用中表现出稳定性差、催化效率低等不足。
技术实现思路
1、有鉴于此，为了至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一，本专利技术提供了fe-sn-n-c阴极氧还原催化剂及制备方法、应用。
2、根据本专利技术一个方面的实施例，提供了一种fe-sn-n-c阴极氧还原催化剂的制备方法，包括：在保护气氛下，对具有正十二面体的框架结构的zif-8进行热解处理，得到碳化后的氮碳基底，其中，氮碳基底具有正十二面体的框架结构；将锡基前驱体与氮碳基底混合、加热，得到锡插入的氮碳基底；将锡插入的氮碳基底进行煅烧，得到sn-n-c复合固体；将sn-n-c复合固体与铁基前驱体进行化学气相沉积，得到fe-sn-n-c阴极氧还原催化剂。
3、根据本专利技术的实施例，将sn-n-c复合固体与铁基前驱体进行化学气相沉积，得到fe-sn-n-c阴极氧还原催化剂包括：sn-n-c复合固体与
4、根据本专利技术的实施例，将锡基前驱体与氮碳基底混合、加热包括：将锡基前驱体与氮碳基底在室温下研磨，研磨时间为10~20min，得到混合物；将混合物从室温升温至300~400℃，在300~400℃保持1~3h，升温速率为（4~6）℃/min。
5、根据本专利技术的实施例，锡基前驱体和氮碳基底的摩尔比为1:（1~7.5），锡盐前驱体包括四氯化锡、四氯化锡水合物、氯化亚锡中的至少一种。
6、根据本专利技术的实施例，将锡插入的氮碳基底进行煅烧，得到sn-n-c复合固体包括：在保护气氛下，将锡插入的氮碳基底以（4~6）℃/min的升温速率从（300~400）℃升温至750℃，并在750℃下煅烧1.5~2.5h后，以（4~6）℃/min的升温速率升温至900℃，在900℃下继续煅烧0.5~1.5h，得到sn-n-c复合固体。
7、根据本专利技术的实施例，铁基前驱体包括氯化亚铁、氯化亚铁水合物、氯化铁中的至少一种；sn-n-c复合固体和铁基前驱体的摩尔比为（1~1.5）:1。
8、根据本专利技术的实施例，酸洗的ph为0.5~1.5，干燥的温度为60℃。
9、根据本专利技术的实施例，zif-8是通过以下过程制备得到的：将硝酸锌或其水合物、二甲基咪唑分别分散于甲醇溶液中混合，得到混合液；对混合液依次进行离心、干燥，得到zif-8；硝酸锌或其水合物、二甲基咪唑的质量比为（2~4）：（5.5~7.5）。
10、根据本专利技术另一个方面的实施例，提供一种如上述的制备方法制备得到的fe-sn-n-c阴极氧还原催化剂，包括：氮碳基底，具有正十二面体的框架结构；以及活性中心，包括负载于氮碳基底内部的fe-sn双金属单原子位点；其中，铁和锡之间配位成键，铁在fe-sn-n-c阴极氧还原催化剂中的质量分数为1~2%。
11、根据本专利技术再一个方面的实施例，提供一种如上述的fe-sn-n-c阴极氧还原催化剂在质子交换膜燃料电池阴极
中的应用。
12、根据本专利技术的实施例，通过使用锡基前驱体与氮碳基底进行混合加热，借助锡基前驱体的石墨插层能力，使得锡插入到碳氮基底的内部，经过煅烧使得锡与氮之间形成sn-n4活性位点，并固定到碳氮基底的内部。通过铁基前驱体与sn-n-c复合固体的气相沉积，使得铁将部分的sn-n4中的锡置换出来，形成负载于氮碳基底内部的fe-sn双金属单原子位点，使得活性位点密度较高、稳定性较强的fe-sn-n-c阴极氧还原催化剂。
13、锡基前驱体的优异的石墨插层能力，使得锡基前驱体均匀地分布于氮碳基底的石墨层间，与氮相互作用形成新的活性位点，增加了氮碳基底用于氧还原反应的催化位置的数量，从而提高活性位点密度，提高了fe-sn-n-c阴极氧还原催化剂的催化活性。通过锡基前驱体的介入，改性了石墨层间距，使得石墨层间距增大，在后续进行化学气相沉积时，有利于铁进入到氮碳基底的内部，置换出锡，有助于提高酸性氧还原活性。锡基前驱体的石墨插层能力使得氮碳基底中的碳的石墨程度变高，使得缺陷碳减少，提高fe-sn-n-c阴极氧还原催化剂的稳定性。在应用于质子交换膜燃料电池中时，由于铁和锡被固定在氮碳基底的内部，减少铁和锡活性位点的溶出，提高fe-sn-n-c阴极氧还原催化剂的循环稳定性。
14、本专利技术的制备方法简单易行，环境友好，适宜于进行大规模的生产。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种Fe-Sn-N-C阴极氧还原催化剂的制备方法，包括：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述将Sn-N-C复合固体与铁基前驱体进行化学气相沉积，得到Fe-Sn-N-C阴极氧还原催化剂包括：
3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述将锡基前驱体与所述氮碳基底混合、加热包括：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其中，所述锡基前驱体和所述氮碳基底的摩尔比为1:（1~7.5），所述锡盐前驱体包括四氯化锡、四氯化锡水合物、氯化亚锡中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述将所述锡插入的氮碳基底进行煅烧，得到Sn-N-C复合固体包括：
6.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述铁基前驱体包括氯化亚铁、氯化亚铁水合物、氯化铁中的至少一种；
7.根据权利要求2所述的制备方法，其中，
8.根据权利要求1所述的制备方法，其中，ZIF-8是通过以下过程制备得到的：
9.一种如权利要求1~8所述的制备方法制备得到的Fe-Sn-N-C阴极氧还原催化剂，包括：
1
...【技术特征摘要】
1.一种fe-sn-n-c阴极氧还原催化剂的制备方法，包括：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述将sn-n-c复合固体与铁基前驱体进行化学气相沉积，得到fe-sn-n-c阴极氧还原催化剂包括：
3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述将锡基前驱体与所述氮碳基底混合、加热包括：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其中，所述锡基前驱体和所述氮碳基底的摩尔比为1:（1~7.5），所述锡盐前驱体包括四氯化锡、四氯化锡水合物、氯化亚锡中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。