非贵金属掺杂碳毡及在催化氧气还原方面的应用

摘要

非贵金属掺杂碳毡及在催化氧气还原方面的应用，属于燃料电池技术领域。具体提供一种利用原位聚合、非贵金属配位热解方法制备的具有三维导电结构的非贵金属掺杂碳毡，该碳毡可用于电化学催化氧气还原。该非贵金属掺杂碳毡材料是以常见碳毡材料为骨架，利用原位聚合含氮杂环分子在碳毡表面形成聚合物薄膜，然后利用配位作用吸附钴原子，最后热解在碳毡表面形成钴和氮掺杂的碳化层。本发明制备了碳毡材料，具有与商业化铂催化剂类似的催还氧气还原能力，具有很好的稳定性和抗甲醇毒化性能。

主权项

一种非贵金属掺杂碳毡，其由如下步骤制备得到：1)将碳毡浸泡到含氮杂环分子的水溶液中，碳毡和含氮杂环分子的质量比为0.1～10：1，碳毡和水的质量比为0.0020～0.025：1，浸泡2～6小时后取出碳毡；2)将步骤1)得到的碳毡在氧化性溶液中进行原位聚合，氧化性溶液与含氮杂环分子的摩尔浓度比为0.1～5：1，反应0.5～10小时后取出碳毡；3)将步骤2)得到的碳毡烘干，然后浸泡到含有钴离子的水溶液中，钴离子与含氮杂环分子的摩尔浓度比为0.05～1：1；浸泡1～12小时后取出碳毡；4)将步骤3)得到的碳毡烘干，再在惰性气体保护、500～1000℃条件下热解0.5～4小时，然后冷却至400℃以下，取出碳毡，即得到具有催化氧气还原的非贵金属掺杂碳毡；其中，含氮杂环分子为吡咯、1‑甲基吡咯或2,5‑二甲基吡咯；氧化性溶液为三氯化铁、硝酸铁、硫酸铁或双氧水的水溶液；钴离子的水溶液为氯化钴、硝酸钴、醋酸钴或硫酸钴的水溶液。