[发明专利]一种碳或氮掺杂碳捆绑型金属氧化物纳米颗粒电催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳或氮掺杂碳捆绑型金属氧化物纳米颗粒电催化剂及其制备方法。

背景技术

在21世纪里，节约能源和发展新能源，实现经济的稳定可持续发展，是当今社会亟待解决的重要问题。近年来，虽然燃料电池电动汽车和二次能源越来越引起人们的重视，但这类新能源利用和开发合适的储能装置还需要科研工作者进行不懈的研究。就燃料电池而言，催化剂材料是制约性步骤，现阶段基于贵金属铂替代的非铂催化剂电催化性能稳定性较差，寿命短，在Gang Wu等的工作中(Science,2011,332:443-447)提出了Fe-N-C型非铂催化剂，催化剂寿命需提高，催化剂的结构没有统一的认识。因此急需大力开发新型结构的、不易结块的稳定性高的催化剂。

发明内容

本发明通过制备碳或氮掺杂碳捆绑型金属氧化物纳米颗粒作为电催化剂，解决了上述问题。

本发明提供了一种碳或氮掺杂碳捆绑型金属氧化物纳米颗粒电催化剂的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

①将碳或氮掺杂碳的前驱体、金属氧化物的前躯体与弱碱性催化剂混匀，60～90℃反应24～48h；

②将步骤①所得产品煅烧、洗涤、干燥。

本发明所述碳的前驱体优选为酚醛树脂或苯乙烯。

本发明所述氮掺杂碳的前驱体优选为多巴胺、吡咯或苯胺。

本发明所述金属氧化物的前躯体优选为锡盐或铁盐。

本发明所述弱碱性催化剂优选为氨水、碳酸钠或尿素。

本发明所述碳或氮掺杂碳的前驱体与金属氧化物的前躯体的质量比优选为1：1～20。

本发明所述步骤②优选为将步骤①所得产品在惰性气氛中800～900℃煅烧5～120min、洗涤、干燥。

本发明的另一目的是提供由上述方法制备的碳或氮掺杂碳捆绑型金属氧化物纳米颗粒电催化剂。

本发明有益效果为：

①本发明制备的电催化剂结构独特，碳球或碳氮球具有极好的导电性；

②本发明制备的捆绑型材料能提高金属氧化物纳米颗粒电催化剂的稳定性；

③本发明制备方法操作简单、成本低、产率高，制备的颗粒形貌均匀、大小均一、稳定性高，可用作燃料电池电催化剂、电容器电极材料等。

附图说明

本发明附图3幅，

图1为实施例1中的步骤①所得产品的SEM形貌；

图2为实施例1得到的碳捆绑SnO₂金属氧化物纳米颗粒电催化剂的SEM形貌；

图3为实施例1得到的碳捆绑SnO₂金属氧化物纳米颗粒电催化剂的TEM形貌。

具体实施方式

下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

实施例1

一种碳捆绑SnO₂金属氧化物纳米颗粒电催化剂的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

①将2.0g酚醛树脂与3.5g SnCl₄·5H₂O溶于30mL H₂O，加入1mL浓氨水，85℃反应48h，水洗、乙醇洗、干燥；

所述酚醛树脂由间苯二酚与甲醛合成；

②将步骤①所得产品在氮气气氛中800℃煅烧5min、洗涤、干燥，得到碳捆绑SnO₂金属氧化物纳米颗粒电催化剂。

实施例2

一种碳捆绑Fe₂O₃金属氧化物纳米颗粒电催化剂的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

①将2.0g酚醛树脂与2.7g FeCl₃溶于30mL H₂O，加入1mL浓氨水，85℃反应48h，水洗、乙醇洗、干燥；

所述酚醛树脂由间苯二酚与甲醛合成；

②将步骤①所得产品在氮气气氛中800℃煅烧5min、洗涤、干燥，得到碳捆绑Fe₂O₃金属氧化物纳米颗粒电催化剂。

实施例3

一种碳氮捆绑SnO₂金属氧化物纳米颗粒电催化剂的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

①将0.18g多巴胺与3.5g SnCl₄·5H₂O溶于30mL H₂O，加入1mL浓氨水，85℃反应48h，水洗、乙醇洗、干燥；