[发明专利]具有超低钴原子含量的多孔氮掺杂碳球材料、其制备方法及其应用

权利要求书

1.一种具有超低钴原子含量的多孔氮掺杂碳球材料，其特征在于：以乙二胺四乙酸二钠钴盐为钴源，盐酸多巴胺为氮源，在碱性环境下，通过聚合物包封和高温热解过程，利用多巴胺搅拌聚合后形成聚多巴胺包裹钴原子，并在高温热解后形成多孔碳球，从而形成具有超低钴原子含量的多孔氮掺杂碳球电催化剂。

2.根据权利要求1所述具有超低钴原子含量的多孔氮掺杂碳球材料，其特征在于：钴的含量不高于0.041％。

3.根据权利要求1所述具有超低钴原子含量的多孔氮掺杂碳球材料，其特征在于：多孔氮掺杂碳球的直径为150-300nm。

4.根据权利要求1所述具有超低钴原子含量的多孔氮掺杂碳球材料，其特征在于：多孔氮掺杂碳球具有400-600m²/g的比表面积。

5.根据权利要求1所述具有超低钴原子含量的多孔氮掺杂碳球材料，其特征在于：其氧还原性能参数如下：起始电位≥1.05V；半波电位≥0.79V；极限电流密度≥4.74mA/cm²。

6.一种权利要求1所述具有超低钴原子含量的多孔氮掺杂碳球材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.按体积计，将2-4份氨水，36-50份乙醇和90-150份去离子水置于烧杯中，以300-1000rpm的转速充分搅拌20-60分钟，得到均匀稳定的混合溶液一；

b.按体积计，将0.5-1份盐酸多巴胺和0.01-0.1份乙二胺四乙酸二钠钴盐溶于8-16份乙醇和12-24份去离子水的混合液中，以60-100w的功率超声5-10分钟，得到溶液二；

c.在300-1000rpm转速的搅拌下，将溶液二均匀滴加至混合溶液一后，用保鲜膜封口，得到密闭环境；所述搅拌为在室温下搅拌9-24h，从而得到黑色混合液；

d.将步骤c得到的黑色混合液以8000-10000rpm的转速离心5-10min，取下层固体，然后用去离子水反复清洗3-5次，然后将固体物质在60-80℃烘箱干燥12-24h，得到灰褐色固体；

e.将步骤d的灰褐色固体置于管式炉中，在氮气条件下煅烧，进行高温活化反应处理，控制所述高温活化反应的反应温度为500-1100℃，升温速率为2-8℃/min，反应时间为1-3h，完成高温碳化，最后得到黑色粉末状的具有超低钴原子含量的多孔氮掺杂碳球。

7.根据权利要求6所述具有超低钴原子含量的多孔氮掺杂碳球材料的制备方法，其特征在于：在所述步骤b中，按照原料的物质的量计算，调控乙二胺四乙酸二钠钴盐和盐酸多巴胺的比例为摩尔比值不大于1。

8.根据权利要求7所述具有超低钴原子含量的多孔氮掺杂碳球材料的制备方法，其特征在于：在所述步骤b中，按照原料的物质的量计算，乙二胺四乙酸二钠钴盐和盐酸多巴胺的比例为摩尔比值不大于0.2。

9.根据权利要求6所述具有超低钴原子含量的多孔氮掺杂碳球材料的制备方法，其特征在于：在所述步骤e中，控制所述高温活化反应的反应温度为900-1100℃。

10.一种权利要求1所述具有超低钴原子含量的多孔氮掺杂碳球材料的应用，其特征在于，具有超低钴原子含量的多孔氮掺杂碳球作为电催化氧还原反应的催化剂。