[发明专利]一种S掺杂Fe/N/C催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种S掺杂Fe/N/C催化剂的制备方法，步骤如下：将三聚氰胺粉末和甲醛溶液分散于去离子水中，加入NaOH溶液，调节pH为9.4‑9.6，搅拌1.5‑2.5h，加入HCl溶液，调节pH为5.4‑5.6，待溶液出现白色浑浊后，加入氯化钙粉末和FeCl₃水溶液，加入硫氰化钾，升温至80‑84℃搅拌27‑29h，蒸干溶剂，干燥，研磨，置于瓷舟中870‑890℃下处理1.5‑2.5h，冷却，将样品分散于HCl溶液中，酸处理8‑9h，离心分离，洗涤，干燥，所得固体870‑890℃下二次高温热处理4‑5h，冷却即得。该方法制备的S掺杂Fe/N/C催化剂具有较大比表面积和显著的催化活性。

技术领域

本发明涉及一种S掺杂Fe/N/C催化剂的制备方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池（PEMFC）可将化学能直接转化为电能，不受卡诺循环的限制，因其转化效率高、清洁无污染等优点备受关注。催化剂是燃料电池的核心部件，其主要活性组分为铂。但是铂的价格昂贵、储量稀少、易中毒失活，导致燃料电池成本居高不下，使用寿命无法满足实际应用需求。燃料电池阴极氧还原反应（ORR）的动力学十分缓慢，阴极所需的铂催化剂用量数倍于阳极。因此，开发资源储量丰富、高性能、低成本的非贵金属氧还原催化剂对于降低燃料电池的成本，促进燃料电池大规模应用具有重要意义。近十年来，过渡金属（Fe、Co）掺杂的M/N/C氧还原催化剂的性能已显著提升，展现出良好的应用潜力。研究表明，原始的碳材料对氧还原的催化活性非常低，如石墨烯、碳纳米管、碳黑等。选用电负性、原子尺寸等性质与碳原子不同的杂原子（如N、S、B、P等）进行掺杂，可有效的调控碳材料的表面电子结构，引入电荷缺陷和结构缺陷，促进氧气吸附和电荷转移。两种杂原子共掺杂还可引入协同效应，进一步提高氧还原催化活性。但在酸性介质中，过渡金属通常是活性中心不可或缺的组成部分。

发明内容

本发明的目的在于提供一种S掺杂Fe/N/C催化剂的制备方法。

本发明通过下面技术方案实现：

一种S掺杂Fe/N/C催化剂的制备方法，包括如下步骤：将20-30份三聚氰胺粉末和8-14份质量分数为37%的甲醛溶液分散于60-70份去离子水中，加入浓度为0.1mol/L的NaOH溶液，调节溶液的pH值为9.4-9.6，62-68℃下水浴恒温搅拌1.5-2.5h，加入浓度为1mol/L的HCl溶液，调节溶液的pH值为5.4-5.6，待溶液出现白色浑浊后，加入0.5-1.5份氯化钙粉末和10-20份浓度为1mol/L的FeCl₃水溶液，加入7-9份硫氰化钾，升温至80-84℃搅拌27-29h，之后在80-84℃下搅拌加热蒸干溶剂，65-75℃下真空干燥47-49h，所得固体研磨成粉，置于瓷舟中，在Ar气保护下以8℃/min的升温速率升温至870-890℃下处理1.5-2.5h，冷却至室温后，将样品分散于90-100份浓度为1mol/L的HCl溶液中，65-75℃下酸处理8-9h，离心分离收集固体，依次用去离子水和无水乙醇洗涤4-6次，在65-75℃下真空干燥4-5h，所得固体在Ar气保护下于870-890℃下二次高温热处理4-5h，冷却即得；各原料均为重量份。

优选地，所述的方法中，调节溶液的pH值为9.5。

优选地，所述的方法中，65℃下水浴恒温搅拌2h。

优选地，所述的方法中，调节溶液的pH值为5.5。

优选地，所述的方法中，升温至82℃搅拌28h。

优选地，所述的方法中，70℃下真空干燥48h。

优选地，所述的方法中，在Ar气保护下以8℃/min的升温速率升温至880℃下处理2h。

优选地，所述的方法中，70℃下酸处理8.5h。

优选地，所述的方法中，在70℃下真空干燥4.5h。