[发明专利]一种氮化铁和氮共掺杂的碳材料制备方法及用途

说明书

本发明涉及一种氮化铁和氮共掺杂的碳材料制备方法及用途，该方法涉及的装置是由原料罐、粉末输送管、物料混合罐、搅拌器、溶液配制罐、溶液输送管、悬浊液输送管、干燥机、粉末收集罐、连续式炭化炉、粉末洗涤罐、溶液喷洒管、溶液喷嘴、二次水储存罐、液体输送管、乙醇储存罐、出料口与储料罐组成，以生物质作为碳源，再掺入铁离子，并在氨气中进行热解，得到氮化铁和氮共掺杂的碳材料。该材料比表面积大，氮化铁分散均匀，氮化铁纳米粒子与氮掺杂碳结构中的Fe‑N‑C位点协同作用，使得电催化性能优异，具有长期稳定性以及抗甲醇干扰能力，同时以生物质作为原材料，其来源广泛，价格低廉，可以有效降低制备成本，制备过程简单，可大规模制备。

技术领域

本发明涉及一种氮化铁和氮共掺杂的碳材料制备方法及用途。

背景技术

当今社会的发展离不开能源的推动，然而煤、石油、天然气等不可再生能源的储量逐渐减少，同时化石燃料的使用对环境造成的污染日益显著，这促使人们开发绿色高效的新能源以替代传统不可再生能源。因此，探索绿色高效的新能源应该引起社会的重视。

在众多绿色能源中，燃料电池因其高能量密度、绿色无污染等特点在新能源电动汽车和移动设备中有广阔的应用前景。但是由于燃料电池阴极氧还原反应(ORR)的动力学过程缓慢，需要在阴极加载大量的铂基催化剂来加速阴极反应。而铂在自然界中储量稀少、价格昂贵阻碍了燃料电池的大规模商业化应用。

因此，为了解决目前存在的问题，本发明拟使用生物质作为前体，再掺入铁离子并在氨气氛中进行热解，得到氮化铁和氮共掺杂的碳材料。此材料比表面积大，过渡金属分散均匀，氮化铁纳米粒子与N掺杂碳结构中的Fe-N-C位点协同作用，使得电催化性能优异，具有长期稳定性以及抗甲醇干扰能力，同时以生物质作为原材料，其来源广泛，价格低廉，可以有效降低制备成本，制备过程简单，可大规模制备。

发明内容

本发明目的在于，提供一种氮化铁和氮共掺杂的碳材料制备方法及用途，该方法涉及的装置是由原料罐、第一粉末输送管、物料混合罐、第一搅拌器、第一溶液配制罐、第一溶液输送管、第一悬浊液输送管、第一干燥机、第一粉末收集罐、第二粉末输送管、连续式炭化炉、第三粉末输送管、粉末洗涤罐、溶液喷洒管、溶液喷嘴、第二搅拌器、二次水储存罐、第一液体输送管、乙醇储存罐、第二液体输送管、出料口、第二干燥机与储料罐组成，以生物质作为碳源，再掺入铁离子，并在氨气(NH₃)氛中进行热解，得到氮化铁(Fe₃N)和氮共掺杂的碳材料。该材料比表面积大，氮化铁分散均匀，氮化铁纳米粒子与氮掺杂碳结构中的Fe-N-C位点协同作用，使得电催化性能优异，具有长期稳定性以及抗甲醇干扰能力，同时以生物质作为原材料，其来源广泛，价格低廉，可以有效降低制备成本，制备过程简单，可大规模制备。