本發(fā)明屬于多孔碳材料的合成技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種蓬松多孔氮摻雜碳氧還原催化劑的制備方法。

背景技術(shù)：

多孔碳材料以其高比表面積，豐富的孔結(jié)構(gòu)及良好的導(dǎo)電性成為一種典型的燃料電池陰極氧還原反應(yīng)催化劑。雜原子摻雜進碳材料可以有效的改善碳材料的表面結(jié)構(gòu)，提高碳材料的表面可濕性，增強碳材料的電容性能和催化性能（peng,h.;ma,g.;sun,k.;etal.electrochim.acta2016,190,862-871.）。氮原子摻雜進碳材料有以下幾種存在方式：吡啶型氮，吡咯型氮，石墨型氮和氧化型氮。氮摻雜碳材料催化氧還原反應(yīng)的活性位點的本質(zhì)有待繼續(xù)探究，一些科學(xué)研究表明吡啶型氮和石墨型氮都具有氧還原電催化活性。氮原子摻雜進碳原子網(wǎng)格中，因其較強的電負性使得周圍的碳原子的電子密度降低，有利于氧分子吸附在周圍的碳原子上，削弱o-o鍵，促進氧還原反應(yīng)。

目前，公開號為cn104258892a的專利公開了一種以溶膠凝膠水熱法合成的sio2作為硬模板，通過納米澆筑法制備出多級孔碳塊體材料，然后添加氮源（尿素等）制備出氮摻雜的介孔/大孔多級孔碳氧還原催化劑的方法，所制備出的氮摻雜碳氧還原催化劑雖然比表面積高達1570-2480m²g^-1，具有三維連通的大孔，但是該方法程序復(fù)雜，不易操作。公開號為cn105186010a的專利公開了一種以低共熔鹽為模板制備固相聚合物，然后高溫解熱制備出氮摻雜碳氧還原催化劑的方法，制備出的多級孔結(jié)構(gòu)氮摻雜碳材料雖然孔結(jié)構(gòu)豐富，但是此方法使用的原料繁多，成本較高，工藝復(fù)雜。公開號為cn103435034a的專利公開了一種以氨水、硫化鈉、硼氫化鈉、氫碘酸等提供雜原子和作為還原劑合成石墨基氧還原催化劑的方法，該方法工藝簡單，使用范圍廣，但是制備得到的氧還原催化劑性能一般，不能滿足生產(chǎn)生活對氧還原催化劑的要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供了一種工藝簡單且成本低廉的蓬松多孔氮摻雜碳氧還原催化劑的制備方法。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案，一種蓬松多孔氮摻雜碳氧還原催化劑的制備方法，其特征在于具體步驟為：

（1）將碳源、氮源、氯化鋅和五水合堿式碳酸鎂置于玻璃研缽中研磨10-20min使其充分混合均勻得到物料a，其中碳源為葡萄糖、果糖或纖維素中的一種或多種，氮源為尿素或三聚氰胺中的一種或多種；

（2）將物料a轉(zhuǎn)移至瓷舟中并放置于管式爐中，在惰性氣體保護下，由室溫經(jīng)過60min升溫至300℃，300℃保持120min，再以10℃/min的升溫速率升溫至800-1000℃保持120min，然后自然降溫至室溫得到物料b；

（3）將物料b轉(zhuǎn)移至容器中并加入酸性溶液浸泡18h，然后用高純水洗滌至濾液為中性，然后于40-60℃干燥12-24h得到蓬松多孔氮摻雜碳氧還原催化劑。

進一步優(yōu)選，所述的碳源、氮源、氯化鋅與五水合堿式碳酸鎂的投料質(zhì)量比為1.1:0.297-1.16:3.3:1.1-2.2。

進一步優(yōu)選，所述的惰性氣體為氮氣或氬氣中的一種或多種。

進一步優(yōu)選，所述的酸性溶液為摩爾濃度2mol/l的鹽酸溶液。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有有以下有益效果：

1、本發(fā)明引入氯化鋅作為活化劑，增加碳材料的比表面積和孔體積，暴露更多的活性位點，增強材料的氧還原催化活性；

2、本發(fā)明引入五水合堿式碳酸鎂進一步增加了碳材料的孔體積生成蓬松多孔的碳材料，增強了碳材料的導(dǎo)電性，并且隨著五水合堿式碳酸鎂量的增加，所制備碳材料的比表面積和孔體積逐漸增加；

3、本發(fā)明引入氮源形成更多的活性位點，增強了所制備碳材料的電化學(xué)性能；

4、本發(fā)明制得的蓬松多孔氮摻雜碳氧還原催化劑比表面積為1346-1976m²/g，孔直徑為3.8nm左右，具有優(yōu)異的氧還原催化性能以及抗甲醇和一氧化碳中毒的性能。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例2制備的蓬松多孔氮摻雜碳材料c2的場發(fā)射掃描電鏡圖；

圖2是本發(fā)明實施例2制備的蓬松多孔氮摻雜碳材料c2的透射電鏡圖；

圖3是本發(fā)明實施例1-6制備的蓬松多孔氮摻雜碳材料的x射線衍射圖譜；

圖4是本發(fā)明實施例1-6制備的蓬松多孔氮摻雜碳材料的raman光譜圖；

圖5是本發(fā)明實施例1-3制備的蓬松多孔氮摻雜碳材料的孔徑分布圖；

圖6是本發(fā)明實施例1-3制備的蓬松多孔氮摻雜碳材料的循環(huán)伏安曲線。

圖中：1-蓬松多孔氮摻雜碳材料的孔結(jié)構(gòu)，2-蓬松多孔氮摻雜碳材料的蓬松結(jié)構(gòu)。

具體實施方式

以下通過實施例對本發(fā)明的上述內(nèi)容做進一步詳細說明，但不應(yīng)該將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實施例，凡基于本發(fā)明上述內(nèi)容實現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。

實施例1

（1）將1.1g葡萄糖、3.3g氯化鋅、1.1g五水合堿式碳酸鎂和0.297g尿素置于玻璃研缽中研磨10min使其充分混合均勻得到物料a1；

（2）將物料a1轉(zhuǎn)移至瓷舟中并放置于管式爐中，在流速為100ml/min的氮氣氣體保護下，由室溫經(jīng)過60min升溫至300℃，300℃保持120min，再以10℃/min的升溫速率升溫至900℃保持120min，然后自然降溫至室溫得到物料b1；

（3）將物料b1轉(zhuǎn)移至100ml燒杯中并加入80ml摩爾濃度為2mol/l的鹽酸溶液浸泡18h，然后用高純水洗滌至濾液為中性，然后在鼓風(fēng)干燥箱于40℃干燥12h得到蓬松多孔氮摻雜碳氧還原催化劑c1。

實施例2

（1）將1.1g葡萄糖、3.3g氯化鋅、1.1g五水合堿式碳酸鎂和0.594g尿素置于玻璃研缽中研磨10min使其充分混合均勻得到物料a2；

（2）將物料a2轉(zhuǎn)移至瓷舟中并放置于管式爐中，在流速為100ml/min的氮氣氣體保護下，由室溫經(jīng)過60min升溫至300℃，300℃保持120min，再以10℃/min的升溫速率升溫至900℃保持120min，然后自然降溫至室溫得到物料b2；

（3）將物料b2轉(zhuǎn)移至100ml燒杯中并加入80ml摩爾濃度為2mol/l的鹽酸溶液浸泡18h，然后用高純水洗滌至濾液為中性，然后在鼓風(fēng)干燥箱于40℃干燥12h得到蓬松多孔氮摻雜碳氧還原催化劑c2。

實施例3

（1）將1.1g葡萄糖、3.3g氯化鋅、1.1g五水合堿式碳酸鎂和1.16g尿素置于玻璃研缽中研磨10min使其充分混合均勻得到物料a3；

（2）將物料a3轉(zhuǎn)移至瓷舟中并放置于管式爐中，在流速為100ml/min的氮氣氣體保護下，由室溫經(jīng)過60min升溫至300℃，300℃保持120min，再以10℃/min的升溫速率升溫至900℃保持120min，然后自然降溫至室溫得到物料b3；

（3）將物料b3轉(zhuǎn)移至100ml燒杯中并加入80ml摩爾濃度為2mol/l的鹽酸溶液浸泡18h，然后用高純水洗滌至濾液為中性，然后在鼓風(fēng)干燥箱于40℃干燥24h得到蓬松多孔氮摻雜碳氧還原催化劑c3。

實施例4

（1）將1.1g葡萄糖、3.3g氯化鋅、1.1g五水合堿式碳酸鎂和0.594g尿素置于玻璃研缽中研磨20min使其充分混合均勻得到物料a4；

（2）將物料a4轉(zhuǎn)移至瓷舟中并放置于管式爐中，在流速為100ml/min的氮氣氣體保護下，由室溫經(jīng)過60min升溫至300℃，300℃保持120min，再以10℃/min的升溫速率升溫至800℃保持120min，然后自然降溫至室溫得到物料b4；

（3）將物料b4轉(zhuǎn)移至100ml燒杯中并加入80ml摩爾濃度為2mol/l的鹽酸溶液浸泡18h，然后用高純水洗滌至濾液為中性，然后在鼓風(fēng)干燥箱于40℃干燥12h得到蓬松多孔氮摻雜碳氧還原催化劑c4。

實施例5

（1）將1.1g葡萄糖、3.3g氯化鋅、1.1g五水合堿式碳酸鎂和0.594g尿素置于玻璃研缽中研磨10min使其充分混合均勻得到物料a5；

（2）將物料a5轉(zhuǎn)移至瓷舟中并放置于管式爐中，在流速為100ml/min的氮氣氣體保護下，由室溫經(jīng)過60min升溫至300℃，300℃保持120min，再以10℃/min的升溫速率升溫至1000℃保持120min，然后自然降溫至室溫得到物料b5；

（3）將物料b5轉(zhuǎn)移至100ml燒杯中并加入80ml摩爾濃度為2mol/l的鹽酸溶液浸泡18h，然后用高純水洗滌至濾液為中性，然后在鼓風(fēng)干燥箱于40℃干燥12h得到蓬松多孔氮摻雜碳氧還原催化劑c5。

實施例6

（1）將1.1g葡萄糖、3.3g氯化鋅、2.2g五水合堿式碳酸鎂和0.594g尿素置于玻璃研缽中研磨10min使其充分混合均勻得到物料a6；

（2）將物料a6轉(zhuǎn)移至瓷舟中并放置于管式爐中，在流速為100ml/min的氮氣氣體保護下，由室溫經(jīng)過60min升溫至300℃，300℃保持120min，再以10℃/min的升溫速率升溫至900℃保持120min，然后自然降溫至室溫得到物料b6；

（3）將物料b6轉(zhuǎn)移至100ml燒杯中并加入80ml摩爾濃度為2mol/l的鹽酸溶液浸泡18h，然后用高純水洗滌至濾液為中性，然后在鼓風(fēng)干燥箱于60℃干燥12h得到蓬松多孔氮摻雜碳氧還原催化劑c6。

以上實施例描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征及優(yōu)點，本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明原理的范圍下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進均落入本發(fā)明保護的范圍內(nèi)。