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专利号: 2020116006925
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.宽pH范围氧还原电催化用氮磷掺杂多孔碳材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:

(1)将天然矿物基碳源清洗晾干,然后混合球磨;保护气体下预碳化;将炭化料在80‑90 –1

℃条件下用2‑3 mol L 氢氧化钾溶液碱洗1‑3 h,过滤,水洗至滤液呈中性;再在50‑60 ℃–1

条件下用4‑6 mol L 盐酸溶液酸洗1‑3 h,过滤,水洗至滤液呈中性,产物烘干;

(2)按质量比1:2‑6:1‑3分别称取前一步的待掺杂碳、氮掺杂剂与活化剂,研磨混匀后–1

转移至管式炉中,在氮气气氛下于850‑1050 ℃碳化1‑4 h,升温速率为2‑20 ℃ min ,碳化结束后取出,经酸洗、过滤、水洗、烘干得到氮掺杂碳;

(3)按质量比1:3‑5分别称取前一步的待掺杂碳与磷掺杂剂,加水稀释混合,之后烘干–1

转移至管式炉中,在氮气气氛下于850‑1050 ℃碳化1‑4 h,升温速率为2‑20 ℃ min ,经酸洗、过滤、水洗、烘干得到磷掺杂碳;

所述的方法按照(1)(2)(3)或者(1)(3)(2)的步骤将二次碳化产物在40‑60 ℃条件下–1

用1 mol L 稀盐酸溶液酸洗1‑3 h,过滤,水洗至滤液呈中性,干燥后得到氮磷掺杂多孔碳材料。

2.根据权利要求1所述宽pH范围氧还原电催化用氮磷掺杂多孔碳材料的制备方法,其

2 –1

中,通过按照(1)(2)(3)步骤制得的氮磷掺杂多孔碳N4P4C‑900比表面积为845.5 m g ,微

2 –1 2 –1

孔为661.8 m g ,中孔为183.7 m g ;氮磷含量分别为2.64%和2.42%,石墨氮/吡啶氮的比值为2.72,磷碳键与磷氧键的比值为2.35。

3.根据权利要求1所述宽pH范围氧还原电催化用氮磷掺杂多孔碳材料的制备方法,其

2 –1

中,通过(1)(3)(2)步骤制得的氮磷掺杂多孔碳P4N4C‑900比表面积为1220.7 m g ,微孔为

2 –1 2 –1

503.2 m g ,中孔为717.5 m g ;氮磷含量分别为2.0%和0.5%,石墨氮/吡啶氮的比值为

1.71,磷碳键与磷氧键的比值为1.25。

4.根据权利要求1所述宽pH范围氧还原电催化用氮磷掺杂多孔碳材料的制备方法,其特征在于,步骤(3)中,混合方法为超声混合,超声时间为0.5‑3 h,变频超声频率为25‑60 Hz。

5.根据权利要求1所述宽pH范围氧还原电催化用氮磷掺杂多孔碳材料的制备方法,其特征在于,步骤(1)中所述天然矿物基碳源为煤炭、煤沥青、煤焦油、煤焦油沥青,石油沥青、石油焦的一种或几种。

6.根据权利要求1所述宽pH范围氧还原电催化用氮磷掺杂多孔碳材料的制备方法,其特征在于,步骤(1)中的预碳化温度为600‑1000 ℃,氮气气氛下碳化2 h,升温速率为5 ℃ –1

min 。

7.根据权利要求1所述宽pH范围氧还原电催化用氮磷掺杂多孔碳材料的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,所述氮掺杂剂为三聚氰胺、双氰胺、尿素、吡啶、吡咯、苯胺、氨基酸和嘌呤中的一种或多种;所述活化剂为氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸氢钾、碳酸氢钠、碳酸钾和碳酸钠的一种或多种。

8.根据权利要求1所述宽pH范围氧还原电催化用氮磷掺杂多孔碳材料的制备方法,其特征在于,步骤(3)中,所述磷掺杂剂为磷酸、三苯基膦、植酸、红磷、黑磷、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、磷酸镁、磷酸钙、磷酸二氢氨与磷酸氢二氨中的一种或多种。