[发明专利]一种氧还原铁–氮化四铁@单原子铁和氮共掺杂无定形碳-炭黑复合催化剂及其制备和应用

权利要求书

1.一种高性能氧还原Fe-Fe₄N@Fe-N-C-CB复合催化剂，其特征在于：由单质铁颗粒和γ′相氮化四铁分散在单原子铁和氮共掺杂碳材料中构成；所述单原子铁和氮共掺杂碳材料由单原子铁和氮共掺杂无定形碳与单原子铁和氮共掺杂炭黑复合构成。

2.根据权利要求1所述的一种高性能氧还原Fe-Fe₄N@Fe-N-C-CB复合催化剂，其特征在于：所述高性能氧还原Fe-Fe₄N@Fe-N-C-CB复合催化剂由以下质量百分比组分组成：

单质铁颗粒：1％–4％；

γ′相氮化四铁：1％–5％；

单原子铁和氮共掺杂无定形碳：10％–40％；

单原子铁和氮共掺杂炭黑：55％–85％；

其中，

单原子铁和氮共掺杂碳材料中氮原子的总质量百分比含量为1％–10％。

3.根据权利要求1或2所述的一种高性能氧还原Fe-Fe₄N@Fe-N-C-CB复合催化剂，其特征在于：所述高性能氧还原Fe-Fe₄N@Fe-N-C-CB复合催化剂由以下质量百分比组分组成：

单质铁颗粒：1.5％–3％；

γ′相氮化四铁：2％–4％；

单原子铁和氮共掺杂无定形碳：15％–35％；

单原子铁和氮共掺杂炭黑：60％–80％；

其中，

单原子铁和氮共掺杂碳材料中氮原子的总质量百分比含量为2％–6％。

4.权利要求1～3任一项所述一种高性能氧还原Fe-Fe₄N@Fe-N-C-CB复合催化剂的制备方法，其特征在于：将铁盐、含氮有机小分子化合物和碳黑混合后，置于保护气氛中，进行两段焙烧处理，即得。

5.根据权利要求4所述的一种高性能析氧Fe-Fe₄N@Fe-N-C-CB复合催化剂的制备方法，其特征在于：

所述铁盐为水溶性铁盐；

所述含氮有机小分子化合物由尿素、三聚氰胺、三聚氰氯、氰胺、二氰二胺中至少一种与氨基酸按质量比(70–85):(5–15)组成；

所述氨基酸包括丙氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸、甘氨酸、缬氨酸、亮氨酸、脯氨酸、丝氨酸、色氨酸、谷氨酸中至少一种；

所述炭黑材料包括科琴炭黑、卡博特导电炭黑、乙炔炭黑中至少一种。

6.根据权利要求4所述的一种高性能析氧Fe-Fe₄N@Fe-N-C-CB复合催化剂的制备方法，其特征在于：铁盐、含氮有机小分子化合物和碳黑的质量比为(2–10):(70–95):(5–10)。

7.根据权利要求4或6所述的一种高性能析氧Fe-Fe₄N@Fe-N-C-CB复合催化剂的制备方法，其特征在于：铁盐、含氮有机小分子化合物和碳黑的质量比组成为(4–9):(75–89):(6–9)。

8.根据权利要求4所述的一种高性能氧还原Fe-Fe₄N@Fe-N-C-CB复合催化剂的制备方法，其特征在于：

所述两段焙烧处理过程为依次在500℃–600℃和700℃–1000℃进行焙烧处理。

9.根据权利要求8所述的一种高性能氧还原Fe-Fe₄N@Fe-N-C-CB复合催化剂的制备方法，其特征在于：

在500℃–600℃焙烧处理的时间为0.5–4h；

在700℃–1000℃焙烧处理的时间为0.5–2h。

10.权利要求1～3任一项所述的高性能氧还原Fe-Fe₄N@Fe-N-C-CB复合催化剂的应用，其特征在于：作为燃料电池氧还原催化剂应用。