本發明涉及納米碳材料領域和電化學催化領域，具體涉及fe-nps共摻雜的多孔碳微球的制備及其作為orr催化劑的應用。

背景技術：

近年來，燃料電池因其高效、環保等優點有望成為下一代能量轉換裝置，但是燃料電池中高性能陰極orr催化劑的發展是其實現應用的最主要的挑戰。盡管鉑基納米粒子被認為是最好的催化劑，但其昂貴的價格、較低的儲存量阻礙了燃料電池的廣泛應用。為了克服這一障礙，人們研究了一些非貴金屬orr催化劑，例如過渡金屬和氮摻雜的碳材料、金屬氧化物/碳復合材料和雜原子摻雜碳材料。尤其是由鐵、氮和碳(fe-n/c)組成的催化劑是最主要的非貴金屬催化劑。

多孔碳材料不僅具有碳材料化學穩定高、導電性好等優點，由于多孔結構的引入，還具有比表面積高、孔道結構豐富、孔徑可調等特點，在催化、吸附和電化學儲能等方面都得到了廣泛的應用。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種簡單的合成方法制備fe-nps共摻雜的多孔碳微球，并將其用作orr催化劑。

為了實現上述目的，本發明采取以下技術方案：

1.fe-nps共摻雜的多孔碳微球的制備及其作為orr催化劑的應用，其特征在于，包括以下步驟：

①在單口瓶內加入六氯環三磷腈和對羥基二苯砜兩種單體，加入乙腈作為溶劑，超聲10min使其完全溶解；

②向步驟①得到的溶液中加入由溶劑熱法制備的直徑為80nm的fe3o4，超聲10min使其均勻分散，用橡皮塞將單口瓶封口，用注射器迅速注入三乙胺作為縛酸劑，10s形成白色乳液，然后50hz超聲，繼續反應3小時，然后8000rpm離心10min收集粒子，分別用丙酮、乙醇和去離子水洗滌2次，最終的產物在真空烘箱中40℃干燥；

③將步驟②得到的產物在管式爐中氮氣氛圍下碳化處理1h，將碳化后的樣品用0.5mol/lh2so4處理12h，然后8000rpm離心10min收集，用乙醇洗滌2次，最終的產物在真空烘箱中40℃干燥；

④取5.0mg步驟③得到的樣品，加入1ml乙醇和100μl質量分數為10％的nafion溶液，超聲30min，使其分散均勻，得到催化劑溶液，用電化學工作站測試其orr催化活性，電解質為o2飽和的0.1mkoh，掃描速率10mvs^-1，旋轉速度為1600rpm。

2.如權利要求1所述的fe-nps共摻雜的多孔碳微球的制備及其作為orr催化劑的應用，其特征在于，所述步驟①中六氯環三磷腈和對羥基二苯砜的摩爾比為1:1～10，六氯環三磷腈的濃度為0.2～0.6mg/ml。

3.如權利要求1所述的fe-nps共摻雜的多孔碳微球的制備及其作為orr催化劑的應用，其特征在于，所述步驟②中fe3o4與單體的質量比為1:1～7，三乙胺的濃度為0.005～0.015ml/ml。

4.如權利要求1所述的fe-nps共摻雜的多孔碳微球的制備及其作為orr催化劑的應用，其特征在于，所述步驟③中碳化溫度為700～1000℃。

與現有技術相比，本發明的優點是：

本發明采用fe3o4為反應模板，同時也為fe源，無需額外的fe摻雜源，制備的碳微球粒徑均勻，具有多孔特性，同時摻雜了fe、n、p和s多種元素，具有良好的orr催化活性。

附圖說明

圖1是實施實例1中制備的fe3o4@pzs核殼微球的tem圖。

圖2是實施實例1中制備的多孔碳微球的tem圖。

圖3是實施實例1中制備的多孔碳微球的orr活性曲線。

具體實施方式

下面結合具體實施實例對本發明作進一步說明，但本發明的保護范圍不限于此。

實施實例1

多原子摻雜的多孔碳微球的制備及其作為orr催化劑的應用，包括以下步驟：

①在單口瓶內加入六氯環三磷腈和對羥基二苯砜兩種單體，加入乙腈作為溶劑，超聲10min使其完全溶解，其中六氯環三磷腈和對羥基二苯砜的摩爾比為1:7，六氯環三磷腈的濃度為0.4mg/ml；

②向步驟①得到的溶液中加入由溶劑熱法制備的直徑為80nm的fe3o4，超聲10min使其均勻分散，用橡皮塞將單口瓶封口，用注射器迅速注入三乙胺作為縛酸劑，10s形成白色乳液，然后50hz超聲，繼續反應3小時，然后8000rpm離心10min收集粒子，分別用丙酮、乙醇和去離子水洗滌2次，最終的產物在真空烘箱中40℃干燥，其中fe3o4與單體的質量比為1:1，三乙胺的濃度為0.01ml/ml；

③將步驟②得到的產物在管式爐中氮氣氛圍下碳化處理1h，將碳化后的樣品用0.5mol/lh2so4處理12h，然后8000rpm離心10min收集，用乙醇洗滌2次，最終的產物在真空烘箱中40℃干燥，其中碳化溫度為800℃；

④取5.0mg步驟③得到的樣品，加入1ml乙醇和100μl質量分數為10％的nafion溶液，超聲30min，使其分散均勻，得到催化劑溶液，用電化學工作站測試其orr催化活性，電解質為o2飽和的0.1mkoh，掃描速率10mvs^-1，旋轉速度為1600rpm。

技術特征：

技術總結
本發明涉及Fe?NPS共摻雜的多孔碳微球的制備及其作為ORR催化劑的應用，本發明采用溶劑熱法制備出80nm?Fe3O4磁性微球，并直接以此為模板制備Fe3O4@PZS核殼微球，經碳化、酸化得到Fe?NPS共摻雜的多孔碳微球。本發明中Fe3O4既為反應的模板也為Fe源，無需額外的Fe摻雜源，制備的碳微球粒徑均勻，具有多孔特性，同時摻雜了Fe、N、P和S多種元素，具有良好的ORR催化活性。

技術研發人員：馬貴平;許艷婷;聶俊
受保護的技術使用者：北京化工大學常州先進材料研究院
技術研發日：2017.06.07
技術公布日：2017.08.11