[发明专利]一种金属-氮-碳材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种金属-氮-碳材料的制备方法，其特征在于：所述金属-氮-碳材料以多孔碳材料为载体，其上担载有金属纳米颗粒、金属碳化物和金属氮化物中的一种或两种以上，所述碳材料比表面积不小于200cm² g^-1；包括微孔和介孔，微孔孔径1-2 nm，孔容0.1-0.3 cc g^-1；介孔孔径5 -50nm，孔容0.15-0.4 cc g^-1；

所述制备方法，包括以下步骤：

1）前驱体的制备：将锌的化合物与咪唑盐以及活性金属盐固体粉末混合，进行球磨，得到的粉末进行微波反应；

2）金属-氮-碳材料的制备：将步骤(1)获得的前驱体在惰性气氛下进行高温碳化处理，得到金属-氮-碳材料；

3）后处理：用酸溶液洗去步骤(2)获得的金属-氮-碳材料中的残余锌化合物；

步骤(1)中所述微波反应功率为100-2000 W，时间为5-30 min；

步骤(1)中所述锌的化合物为氧化锌、硫化锌和硒化锌中的一种或两种；咪唑盐为咪唑、2-甲基咪唑和苯并咪唑中的一种或两种以上；金属盐为铁盐、钴盐和镍盐中的一种或两种以上；步骤(1)中所述锌化合物和咪唑盐的物质的量比例为1:1-1:4；锌化合物和金属盐物质的量比例为10:1-100:1。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述金属-氮-碳材料中活性金属种类为铁、钴、镍中的一种或两种以上，活性金属质量分数为0.1-5%。

3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述金属-氮-碳材料中掺杂有N元素，所述N元素存在的形式为吡啶N、吡咯N、石墨化N、氧化N中的一种或两种以上；所述金属-氮-碳材料中N的摩尔分数为5-15%。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于： 所述金属-氮-碳材料的比表面积为500-800cm² g^-1。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述球磨的球料比为2:1-20:1，球磨速度为100-400 rpm，时间为1-24 h。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述高温碳化处理过程为从室温升温至900-1100℃并保持0.5-3h，然后降温至室温；所述升温过程中的升温速率为2-5℃/min；所述降温过程中降温速率为1-10℃/min。

7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述惰性气氛为氮气、氩气、氮气、氩气中的一种或两种以上的混合气。

8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述酸溶液为盐酸、硫酸、硝酸中的一种或两种以上的混合溶液；浓度为0.5-2 mol L^-1。

9.按照权利要求1-8任一制备方法制备获得的金属-氮-碳材料。

10.一种权利要求9所述金属-氮-碳材料的应用，其特征在于：所述金属-氮-碳材料可用于氧还原、氧析出以及二氧化碳还原反应的电催化剂。