[发明专利]一种燃料电池用掺杂纳米碳电催化剂及其应用

权利要求书

1.一种燃料电池用掺杂纳米碳电催化剂，其特征在于：通过将含氮和/或硼有机前驱体和过渡金属盐络合形成复合物，再加入纳米碳作为载体，采用微波加热法对混合物加热、反应，待反应完全后，将其过滤、干燥，并将反应后得到的产物于惰性气氛和/或还原气氛下，在500℃～1500℃高温处理得到掺杂纳米碳电催化剂；

其中催化剂中的过渡金属质量百分含量为0.5～20％；氮和/或硼的质量百分含量为0.5～15％；纳米碳的质量百分含量为60-99％。

2.按照权利要求1所述的电催化剂，其特征在于：其制备过程如下，

1)将过渡金属盐溶液B滴加到含氮和/或硼有机前驱体溶液A中，搅拌≥0.5h，使其混合均匀，得到溶液C；

2)将纳米碳添加到溶液C中，混合均匀得到混合物D；

3)将混合物D在惰性气氛下，采用微波辐射法于40℃-150℃反应≥10s，停留≥10s，反应与停留的过程反复进行二次以上，得到混合物E；

4)将混合物E用水、乙醇、异丙醇中的一种或二种以上的混合液洗涤后过滤，固体物质真空干燥，得到固体粉末F；

5)将固体粉末F于500℃～1500℃的惰性气氛和/或还原气氛下处理至少0.5h得到固体粉末G。

3.按照权利要求1或2所述电催化剂，其特征在于：所述含氮有机前驱体为乙二胺、己二胺、尿素、硫脲、三聚氰胺、聚丙烯腈、吡咯、酞菁染料中的一种或二种以上；所述含硼有机前驱体为三氯环硼氮烷、硼酸、硼酸钠、硼酸铁以及苯基硼化物中的一种或二种以上；

所述纳米碳为炭黑、石墨碳、碳纳米管、碳微球、有序介孔碳、石墨烯、碳凝胶和碳纤维中的一种或二种以上。

4.按照权利要求1或2所述电催化剂，其特征在于：所述金属盐为IVB、VB、VIB、VIIB、VIII、IB和IIB族中的一种或二种以上金属元素的可溶性金属盐；

所述可溶性金属盐为金属的硝酸盐、硫酸盐、醋酸盐、卤化物、乙酰丙酮化物、或大环络合物卟啉化物、酞箐化物中的一种或二种以上可共溶性盐。

5.按照权利要求4所述电催化剂，其特征在于：

所述金属元素为Fe、Co、Ni、Mo、Cu、Zn、Ir、V、Cr、Mn、Ti、W中的一种或二种以上。

6.按照权利要求1或2所述电催化剂，其特征在于：

所述惰性气氛为氮气、Ar气或He气中的一种或二种以上；还原气氛为氨气或CH₃CN气氛。

7.按照权利要求2所述电催化剂，其特征在于：

所述溶液A和溶液B所用溶剂为C₁～C₈一元醇、C₂～C₈二元醇或C₃～C₈三元醇中的一种或二种以上，浓度为0.01M-3M。

8.按照权利要求2所述电催化剂，其特征在于：

所述过渡金属盐溶液B中金属与纳米碳的摩尔比为1∶100～1∶10；含氮有机前驱体溶液A中氮元素与纳米碳的摩尔比为1∶200～1∶5。

9.按照权利要求2所述电催化剂，其特征在于：所述固体粉末G还可采用酸性溶液洗涤。

10.一种权利要求1-9中任一所述电催化剂在燃料电池中的应用，其特征在于：

所述电催化剂用作燃料电池的阴极催化剂，燃料电池包括阴极、阳极及介于阴极和阳极之间的聚合物电解质膜，其中所述阴极至少包括权利要求1所述催化剂中的一种或二种以上。