[发明专利]一种氮原子掺杂的碳材料的制备方法

说明书

本申请公开了一种氮原子掺杂的碳材料的制备方法，包括：将含有碳源和氮原子源的原料热解，得到所述氮原子掺杂的碳材料，同时保证氮原子能够进入碳骨架内，可用于电化学氧还原反应。

技术领域

本申请涉及一种氮原子掺杂的碳材料的制备方法，属于材料领域。

背景技术

燃料电池是一种电化学能量转换装置，它能高效的将电能转换为其他能量。并且燃料电池工作过程中只产生电力，水和热，不会产生其他污染环境的产物，对环境友好。

相比与燃料电池的阳极反应(氢氧化反应)来说，它的阴极反应也就是氧还原反应比氢氧化的速度要慢100倍以上，因此它是整个燃料电池的决速步骤，极大的限制了燃料电池的性能。因此近几十年来科研工作者们一直都致力与研究高性能和高寿命的氧还原反应催化剂。

在现有的氧还原催化剂中，公认的是Pt基贵金属催化剂具有最为优异的催化性能，但是其高昂的价格明显不适合大规模的生产应用。因此许多研究都集中在了Pt基催化剂的替代物上。如贱金属催化剂，非金属催化剂等等。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供了一种氮原子掺杂的碳材料的制备方法，通过调节碳材料中的杂元素的掺杂得到高效的氧还原反应催化剂。

本申请中非金属电催化剂具有成本低、比表面积大和电催化活性优异等优势，在氮掺杂碳材料中，氮元素的引入可以改变碳材料表面的电荷分布同时会丰富碳材料的缺陷位点，提高催化剂的催化活性。

本申请的另一方面，提供了所述氮原子掺杂的碳材料的制备方法，其特征在于，包括：

将含有碳源和氮源的原料热解，得到所述氮原子掺杂的碳材料。

可选地，所述原料包括瓜环化合物中的至少一种。

可选地，所述瓜环化合物选自五元瓜环、六元瓜环、七元瓜环、八元瓜环、烷基取代的五元瓜环、烷基取代的六元瓜环、烷基取代的七元瓜环、烷基取代的八元瓜环中的至少一种。

可选地，所述瓜环化合物为六元瓜环、烷基取代的五元瓜环中的至少一种。

可选地，所述瓜环化合物为葫芦[6]脲、烷基取代葫芦[5]中的至少一种。

可选地，所述烷基选自C₁～C₁₀的烷基。

可选地，所述烷基选自选自C₁～C₄的烷基。

可选地，所述瓜环化合物同时作为碳源和氮源。

可选地，所述热解的温度为500～1100℃。

可选地，所述热解的温度为800℃。

可选地，所述热解的温度上限选自600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃或1100℃；下限选自500℃、600℃、700℃、800℃、900℃或1000℃。

可选地，所述热解的时间为2～4小时。

可选地，所述热解的时间为3小时。

可选地，升温至热解温度的升温速率为3～8℃/min。

可选地，所述升温至热解温度的升温速率为5℃/min。

可选地，所述热解在非活性气氛下进行。

可选地，所述非活性气氛包括氮气、惰性气体中的至少一种。

可选地，所述非活性气氛选自氮气、惰性气体中的至少一种。

可选地，所述热解在氮气氛围下进行。