[发明专利]一种用于燃料电池的催化剂及其制备方法

权利要求书

1.一种用于燃料电池的催化剂的制备方法，其特征在于，该催化剂为含有一种或多种金属的氮杂化的碳基催化材料，其经过固相热反应直接形成前驱体后再碳化所制得，其为M-NC类单金属氮碳催化剂、双金属氮碳催化剂或多金属氮碳催化剂，其中M为金属元素中的一种或多种，M包含但不限于铂、钌、钯、铁、钴、镍、铜、锡、铱、金和银中的一种或多种金属元素，包括以下步骤：

S1、不使用任何溶剂，将碳源材料、氮源材料、结构导向材料和金属前驱体材料直接充分混合，其中各材料与金属前驱体材料的摩尔比不作限制；

S2、将步骤S1中所得的混合材料加入到高压反应釜中加热并在80 ℃~350 ℃范围内进行固相化学反应的初步热处理，时间为0.5~72小时，使碳源材料、氮源材料、结构导向材料与金属前驱体进一步充分接触和反应，得到催化剂前驱体材料；

S3、将步骤S2所得的催化剂前驱体材料通过球磨或盘磨方式磨成粉体催化剂前驱体材料，球磨或盘磨转速为50~1000 转/分钟，时间为0.1~10小时；

S4、将步骤S3所得的粉体催化剂前驱体材料在惰气或还原性气氛下，以1 ℃~10 ℃/分钟升温速率升温至500 ℃～1500 ℃范围内进行碳化反应，碳化时间为1~5小时，即可得到催化剂材料；

S5、根据需要，对步骤S4所得的催化剂材料进行后处理。

2.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池的催化剂的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述碳源材料包括含碳有机物，其次添加碳黑、碳粉、碳纳米管、石墨烯中的一种或多种。

3.根据权利要求2所述的一种用于燃料电池的催化剂的制备方法，其特征在于，所述含碳有机物为咪唑有机物、呋喃有机物、酞菁有机物或卟啉有机物同时含有氮碳两种元素的有机物。

4.根据权利要求3所述的一种用于燃料电池的催化剂的制备方法，其特征在于，所述含碳有机物为2-甲基咪唑，4-氨基咪唑，酞菁，酞菁铁，酞菁钴或菲啰啉。

5.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池的催化剂的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述氮源材料包括至少一种含氮的化合物，氮源材料可以与所述碳源材料相同，也可以不同，当氮源材料与碳源材料是一种材料时，步骤S1中所述氮源材料为尿素，三聚氰胺，氮化碳或碳酸氢铵。

6.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池的催化剂的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述结构导向材料包括锌，镁，铝或钙金属的氧化物或盐。

7.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池的催化剂的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述金属前驱体材料包括铂、钌、钯、铱、金、银、铁、钴、镍、铜和/或锡金属的盐、氧化物和/或有机金属化合物中的一种或多种。

8.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池的催化剂的制备方法，其特征在于，步骤S4中所述碳化反应中包括惰性或者还原性的一种或多种气体，所述惰性或者还原性气氛包括氮气，氩气，氢气或氨气以及含有小分子碳氢化合物的纯气或混合气体。