[发明专利]使用超快燃烧法制备的过渡金属电化学催化剂及其合成方法

权利要求书

1.一种使用超快燃烧法合成过渡金属电化学催化剂的方法，所述方法包括：

a)将氮前体和过渡金属前体溶解在多元醇类溶剂中从而制备过渡金属离子与自由基阴离子配位的溶液，并将所述溶液与载体混合从而制备混合物；

b)点燃步骤a)中已制备的混合物以使所述多元醇类溶剂碳化，由此形成碳包围的过渡金属纳米颗粒；

c)进行热处理以使所述混合物中包含的有机残留物碳化；和

d)通过酸处理除去杂质和未被碳包围的过渡金属纳米颗粒，然后通过洗涤和再热处理除去残余酸，

其中，通过步骤a)至d)合成具有下述结构的纳米催化剂：存在单原子过渡金属-氮键合结构和/或碳包围的过渡金属纳米颗粒。

2.如权利要求1所述的方法，其中，在步骤a)中，通过将所述过渡金属前体和所述氮前体溶解在所述多元醇类溶剂中来制备混合有过渡金属-氮-碳络合物、所述载体和所述多元醇类溶剂的混合物。

3.如权利要求1所述的方法，其中，所述多元醇类溶剂是选自由四乙二醇、乙二醇、二乙二醇、三乙二醇和丁二醇组成的组中的任一种。

4.如权利要求1所述的方法，其中，所述氮前体是含氮的多环结构的单体，并且为1,10-邻菲咯啉、1,10-邻菲咯啉-5-胺或2,2-联吡啶。

5.如权利要求1所述的方法，其中，所述载体是选自由炭黑、石墨烯、碳纳米管、碳纳米纤维、二氧化硅(SiO₂)、二氧化钛(TiO₂)、二氧化锆(ZrO₂)、聚苯胺、聚吡咯和碳化硅(SiC)组成的组中的任一种。

6.如权利要求1所述的方法，其中，所述过渡金属前体和所述氮前体以1:0.5至1:10的摩尔比混合。

7.如权利要求1所述的方法，其中，所述载体和所述多元醇类溶剂以1:2至1:60的质量比混合。

8.如权利要求1所述的方法，其中，所述过渡金属前体是第三至第五周期的过渡金属。

9.如权利要求1所述的方法，其中，步骤b)通过阻断所述超快燃烧法的燃烧条件从而控制所述多元醇类溶剂的碳化程度和所述过渡金属的氧化程度来进行。

10.如权利要求1所述的方法，其中，步骤c)中的所述热处理于500℃至1000℃的温度在惰性气体流或氨气流下进行30分钟至12小时。

11.如权利要求10所述的方法，其中，所述惰性气体是选自由惰性气体和氢气(H₂)的混合气、氮气(N₂)、氩气(Ar)、氦气(He)和氨气组成的组中的任一种。

12.如权利要求1所述的方法，其中，步骤d)中的所述酸处理于0℃至90℃的温度进行30分钟至12小时。

13.一种使用超快燃烧法制备的过渡金属电化学催化剂，所述催化剂通过权利要求1至12中任一项所述的方法合成。