[发明专利]一种硅基分子筛限域氧还原Me-N-C催化剂及其制备方法

说明书

本发明属于电催化领域，具体涉及一种硅基分子筛限域氧还原Me‑N‑C催化剂及其制备方法。具体技术方案为：一种氧还原催化剂，在TPTZ中加入过渡金属，形成配合物，再加入分子筛，分子筛限域、包裹配合物。本发明提供了一种新的过渡金属(M)‑氮掺杂碳基氧还原催化剂。通过在三吡啶三嗪(TPTZ)中加入过渡金属(M)，再加入分子筛，让三吡啶三嗪TPTZ与过渡金属M形成的配合物钻进分子筛的孔径中进行包裹，再进行热处理，即形成所需过渡金属‑氮‑碳的电催化剂。具有ORR催化活性强、稳定性高的优势，有望成为商业Pt催化剂的替代品。

技术领域

本发明属于电催化领域，具体涉及一种硅基分子筛限域氧还原Me-N-C催化剂及其制备方法。

背景技术

传统的阴极Pt催化剂拥有良好的氧还原(ORR)催化活性，但Pt是贵金属，储量稀少、价格昂贵，难以在工业上推广使用，限制了燃料电池的快速发展。

现有技术表明：氮掺杂碳基(如石墨烯)具有良好的ORR催化活性可望替代Pt催化剂。但这类催化剂存在自身局限性，例如：稳定性不好、热处理时易分解等。

因此，如果能在氮掺杂碳基催化剂基础上，进一步提供一种ORR催化活性强、稳定性良好的催化剂，将有望促进燃料电池的发展进程。

发明内容

本发明的目的是提供一种硅基分子筛限域氧还原Me-N-C催化剂及其制备方法。

为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：一种氧还原催化剂，在TPTZ中加入过渡金属，形成配合物，再加入分子筛，分子筛限域、包裹配合物。

优选的，所述过渡金属为Fe或Mn。

优选的，所述分子筛为SiO₂。

优选的，所述催化剂的配方包括：过渡金属与TPTZ的摩尔比为1:3。

优选的，分子筛与TPTZ的质量比为1:1。

相应的，所述催化剂的制备工艺，包括如下步骤：

(1)将过渡金属与TPTZ混匀；

(2)加入HCl，溶解搅拌形成配合物，再加入分子筛，充分搅拌；

(3)将步骤(2)获得的产物放入烘箱内，在惰性气体的保护下进行热处理，再自然冷却到室温；

(4)将步骤(3)的样品分别经酸洗和水洗，干燥。

优选的，步骤(2)所述HCl浓度为0.2mol/L的HCl。

优选的，步骤(2)加入分子筛后，在室温下搅拌24小时。

优选的，步骤(3)的热处理为：以10℃/min的升温速率升至800～950℃，保温2小时。

优选的，步骤(4)的酸洗和水洗为：依次经过HF溶液、HCl溶液、蒸馏水洗涤，重复HF-HCl-蒸馏水的洗涤过程3次。

本发明具有以下有益效果：本发明提供了一种新的过渡金属(M)-氮掺杂碳基氧还原催化剂。通过在三吡啶三嗪(TPTZ)中加入过渡金属(M)，再加入分子筛，让三吡啶三嗪TPTZ与过渡金属M形成的配合物钻进分子筛的孔径中进行包裹，再进行热处理，即形成所需过渡金属-氮-碳的电催化剂。具有ORR催化活性强、稳定性高的优势，有望成为商业Pt催化剂的替代品。

附图说明

图1为不同过渡金属催化剂及不含过渡金属催化剂的各CV对比图；

图2为不同过渡金属催化剂及不含过渡金属催化剂的各LSV对比图；

图3为不同温度条件下制备的催化剂Fe-C-N-T的各CV对比图；