[发明专利]一种氮掺杂碳球氧还原催化剂及其制备方法和用途

权利要求书

1.一种氮掺杂碳球氧还原催化剂，该氮掺杂碳球氧还原催化剂由3,6-双(3,5-二甲基吡唑)-1,2,4,5-四嗪合成3,6-二吲哚基-1,2,4,5-四嗪，再将3,6-二吲哚基-1,2,4,5-四嗪通过Friedel-Crafts反应合成聚合物，再将该聚合物热解即得到氮掺杂碳球氧还原催化剂。

2.根据权利要求1所述的氮掺杂碳球氧还原催化剂，其特征在于：3,6-二吲哚基-1,2,4,5-四嗪由3,6-双(3,5-二甲基吡唑)-1,2,4,5-四嗪和吲哚盐反应合成；和/或

Friedel-Crafts反应为：3,6-二吲哚基-1,2,4,5-四嗪和甲撑二甲醚在催化剂的作用下进行反应。

3.根据权利要求2所述的氮掺杂碳球氧还原催化剂，其特征在于：所述吲哚盐为吲哚和碱反应获得；和/或

所述催化剂为甲烷磺酸、对甲基苯磺酸、三氟甲烷磺酸和H₂SO₄中的一种或几种。

4.根据权利要求3所述的氮掺杂碳球氧还原催化剂，其特征在于：所述碱为KOH或NaOH。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的氮掺杂碳球氧还原催化剂，其特征在于：所述热解为：将该聚合物在600-1200℃下热解。

6.根据权利要求5所述的氮掺杂碳球氧还原催化剂，其特征在于：所述热解为：将该聚合物在800-1000℃下热解。

7.一种氮掺杂碳球氧还原催化剂的制备方法或制备权利要求1-6中任一项所述氮掺杂碳球氧还原催化剂的方法，该方法包括以下步骤：

1)3,6-二吲哚基-1,2,4,5-四嗪的制备：在3,6-双(3,5-二甲基吡唑)-1,2,4,5-四嗪的溶液中加入吲哚盐，搅拌，加热反应；然后冷却，过滤、洗涤和干燥，得到3,6-二吲哚基-1,2,4,5-四嗪；

2)聚合物的合成：在3,6-二吲哚基-1,2,4,5-四嗪的溶液中加入甲撑二甲醚，搅拌，再将催化剂滴加于反应体系中，进行反应，然后冷却至室温，过滤，洗涤，干燥，得到聚合物；

3)热解反应：将步骤2)得到的聚合物进行热解反应，得到氮掺杂碳球氧还原催化剂。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：步骤1)具体为：在3,6-双(3,5-二甲基吡唑)-1,2,4,5-四嗪的有机溶液中加入吲哚盐，室温搅拌0.5-3h，回流反应4-12h，冷却至室温，过滤、洗涤，干燥，采用石油醚/三氯甲烷过柱，得到3,6-二吲哚基-1,2,4,5-四嗪。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：步骤1)中，室温搅拌1-2h，回流反应6-10h，采用有机溶液洗涤；所述有机溶液为乙腈；所述吲哚盐为：吲哚于冰浴下加入碱中，搅拌获得。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：步骤1)中，所述碱为KOH或NaOH。

11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：步骤2)具体为：在3,6-二吲哚基-1,2,4,5-四嗪的溶液中加入甲撑二甲醚，搅拌0.2-2h，再将催化剂通过恒压滴液漏斗匀速的滴加于反应体系中，25-60℃下反应2-10h，然后在60-100℃下反应10-48h，然后冷却至室温，过滤，洗涤，干燥，得到聚合物。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：步骤2)中，搅拌0.4-1h，30-50℃下反应3-8h，然后在70-90℃下反应15-24h，采用H₂O和KOH溶液洗涤，干燥为真空干燥；所述催化剂为甲烷磺酸、对甲基苯磺酸、三氟甲烷磺酸和H₂SO₄中的一种或几种。