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专利号: 2021115671329
申请人: 华北电力大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-05-14
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种非贵金属阴极催化剂材料的制备方法,包括:

将过渡金属盐、含氮有机物和沸石咪唑酯金属有机骨架材料ZIF混合,球磨,得到均匀的含过渡金属的粉末混合物M/ZIF;

将含过渡金属的粉末混合物M/ZIF分散在溶剂中,使其中的过渡金属离子、含氮有机物及沸石咪唑酯金属有机骨架材料ZIF相互发生配位;然后去除未发生配位的过渡金属离子和含氮有机物;干燥得到含过渡金属单原子均匀分布的M‑ZIF前驱体;

将含过渡金属单原子均匀分布的M‑ZIF前驱体两步煅烧热解,得到单原子分布的过渡金属掺杂的氮碳材料,即非贵金属阴极催化剂材料。

2.根据权利要求1所述非贵金属阴极催化剂材料的制备方法,其中,所述沸石咪唑酯金属有机骨架材料ZIF可选自ZIF‑8、ZIF‑67;和/或,所述沸石咪唑酯金属有机骨架材料ZIF的制备方法包括:将锌盐溶解于甲醇溶剂中,待完全溶解后,加入咪唑单体,继续搅拌至溶液为乳白色,随后静置乳化,最后通过离心、洗涤、干燥,即得沸石咪唑酯金属有机骨架材料ZIF。

3.根据权利要求1或2所述非贵金属阴极催化剂材料的制备方法,其中,球磨时球料的质量比为100~10:1;和/或,所述球磨的转速为200~1000rpm,球磨时长为1~24h。

4.根据权利要求1‑3任一项所述非贵金属阴极催化剂材料的制备方法,其中,所述过渡金属盐、含氮有机物和沸石咪唑酯金属有机骨架材料ZIF的质量比为1:(5~20):(20~

100),可选为1:10:40。

5.根据权利要求1‑4任一项所述非贵金属阴极催化剂材料的制备方法,其中,所述过渡金属为Fe,Cu,Co,Ni和Mn中的一种或几种;优选所述过渡金属盐选自所述过渡金属的氯化盐、硝酸盐、硫酸盐、醋酸盐、柠檬酸盐、乙酰丙酮基化合物中的一种或几种;和/或,所述含氮有机物为邻菲啰啉、乙酰胺、乙胺、吡咯、苯胺、乙二胺、多巴胺、双氰胺、尿素、丁腈、三聚氰胺中的一种或几种,优选为邻菲啰啉。

6.根据权利要求1‑5任一项所述非贵金属阴极催化剂材料的制备方法,其中,所述过渡金属盐为Fe的氯化盐、硝酸盐、硫酸盐、醋酸盐、柠檬酸盐、乙酰丙酮基化合物中的一种或几种;所述含氮有机物为邻菲啰啉。

7.根据权利要求1‑6任一项所述非贵金属阴极催化剂材料的制备方法,其中,所述两步煅烧热解中,第一步煅烧热解的温度范围为200℃~600℃;第二步煅烧热解的温度范围为

900℃~1100℃;

可选地,第一步煅烧热解的时间为1‑10h;

可选地,第二步煅烧热解的时间可为1‑10h;

可选地,第一步煅烧热解的温度为400℃,时间为2h;第二次煅烧热解的温度为1000℃,时间为1h。

8.根据权利要求1‑7任一项所述非贵金属阴极催化剂材料的制备方法,包括:(1)将硝酸锌溶解于甲醇溶剂中,待完全溶解后,加入咪唑单体,继续搅拌至溶液为乳白色,随后静置乳化,最后通过离心、洗涤、干燥,即得沸石咪唑酯金属有机骨架材料ZIF‑8;

(2)取铁盐、含氮有机物和沸石咪唑酯金属有机骨架材料ZIF‑8按一定比例加入至球磨罐中,进行球磨,得到均匀的含过渡金属的粉末混合物M/ZIF;

(3)将M/ZIF混合物分散在醇/水混合溶剂中,充分搅拌后静止,让粉末中的铁离子,含氮配体及ZIF‑8相互发生配位,通过离心和洗涤除掉未发生配位的铁离子及单体,干燥即得到均匀分散的单原子M‑ZIF前驱体;

(4)最后将M‑ZIF前驱体置于管式炉中,通过两步煅烧热解即得到最终的单原子分散M‑N‑C催化剂材料。

9.一种非贵金属阴极催化剂材料,由权利要求1‑8任一项所述方法制备得到;优选所述非贵金属阴极催化剂材料中的过渡金属为Fe,Cu,Co,Ni和Mn中的一种或几种;过渡金属含量为1wt%~10wt%。

10.权利要求9所述非贵金属阴极催化剂材料在制备质子交换膜燃料电池中的应用;优选所述质子交换膜燃料电池包括氢氧燃料电池、氢空气燃料电池。