一种担载型金属大环化合物电催化剂的制备方法及应用_2

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[0027]图5是本发明实施例2制备产物的热分析曲线(DTA-TGA)。
[0028]图6是本发明实施例2制备产物的透射电镜(TEM)图。
[0029]图7是本发明实施例4中所用的一种铁卟啉(MES0-四(4_羧基苯基)卟吩氯化铁)的结构式。
【具体实施方式】
[0030]以下结合实例对本发明做具体的说明:
[0031]实施例1:担载型金属大环化合物电催化剂的制备
[0032]在25°C下,将130mg石墨烯均匀分散在含有ImM的氯化血红素(Hemin)的2OmL碱性水溶液(0.6M NaOH)中,加入30mL浓度为0.6M的盐酸水溶液,搅拌30min,抽滤洗涤、过夜烘干后,得到棕色粉末状非贵金属电催化剂。在氩气的气氛保护下升温至700°C,热处理2h后,冷却至室温。80°C条件下,在0.5M H2SO4溶液中回流搅拌30min,抽滤水洗至中性,烘干,得到最终产物。
[0033]对比实施例1:未担载的金属大环化合物电催化剂的制备
[0034]在25°C下,将30mL浓度为0.6M的盐酸水溶液与20mL浓度为ImM的氯化血红素(Hemin)碱性水溶液(0.6M NaOH)混合,搅拌30min,抽滤洗涤后烘干。升温至700°C,氩气气氛下,热处理2h,冷却至室温。80°C条件下,在0.5M H2SO4溶液中回流搅拌30min,抽滤水洗至中性,烘干,得到最终产物。
[0035]如图1,TEM透射电镜显示未担载的金属大环化合物电催化剂的形貌无序,为片,颗粒及立方体的混合物。
[0036]如图2,TEM透射电镜显示实施例1中所得的产物为担载型的形貌有序的纳米立方体结构,尺寸为10-500nm,与未担载的金属大环化合物电催化剂相比,更易于大规模合成。
[0037]如图3,实施例1与对比实施例1中所得的产物的活性均与商业20wt%Pt/C的ORR活性相当。
[0038]如图4,实施例1中所用的Hemin的结构式显示该铁卟啉结构中的Fe的化合价为三价,与轴向配体Cl配位,且含有亲水性的羧基基团。
[0039]实施例2:载体的种类不同
[0040]在25°C下,将130mg碳黑EC600均匀分散在含有ImM的氯化血红素(Hemin)的20mL碱性水溶液(0.6M NaOH)中,加入30mL浓度为0.6M的盐酸水溶液,搅拌30min,抽滤洗涤、过夜烘干后,得到棕色粉末状非贵金属电催化剂。在氨气的气氛保护下升温至700°C,热处理2h后,冷却至室温。80°C条件下,在0.5M H2SO4溶液中回流搅拌30min,抽滤水洗至中性,得到最终产物。
[0041]如图5,热处理前,进行热分析测试,结构显示O?100°C之间有水分子失去;100?300°C之间出现平台,说明有碳的氧化物生成,从300°C?800°C,曲线持续下降,说明该物质不稳定,随温度升高持续降解。
[0042]如图6,TEM透射电镜结果显示纳米结构的立方体均匀分散在EC600的碳材料上,立方体的尺寸分布为10-500nm。
[0043]实施例3:载体的种类不同
[0044]在25°C下,将130mg碳纳米管均匀分散在含有ImM的氯化血红素(Hemin)的20mL碱性水溶液(0.6M NaOH)中,加入30mL浓度为0.6M的盐酸水溶液,搅拌30min,抽滤洗涤、过夜烘干后,得到棕色粉末状非贵金属电催化剂。在氨气的气氛保护下升温至700°C,热处理2h后,冷却至室温。80°C条件下,在0.5M H2SO4溶液中回流搅拌30min,抽滤水洗至中性,得到最终产物。
[0045]所得样品形貌为尺寸分布在10?100nm的立方体结构均匀分散在碳纳米管上,电化学活性与实施例1所得的产品的活性相似,ORR的活性接近商业Pt/C。
[0046]实施例4:焙烧温度和时间不同
[0047]在25°C下,将130mg石墨烯均匀分散在含有ImM的氯化血红素(Hemin)的2OmL碱性水溶液(0.6M NaOH)中,加入30mL浓度为0.6M的盐酸水溶液,搅拌30min,抽滤洗涤、过夜烘干后,得到棕色粉末状非贵金属电催化剂。在氩气的气氛保护下升温至500°C,热处理30min后,冷却至室温。80°C条件下,在0.5M H2SO4溶液中回流搅拌30min,抽滤水洗至中性,烘干,得到最终产物。
[0048]实施例4所得样品形貌和尺寸与实施例1所得的产品相似,尺寸分布在10?100nm的立方体结构均匀分散在GO上,电化学活性与实施例1所得的产品的活性相似,ORR的活性接近商业Pt/C。
[0049]实施例5:金属大环化合物种类及所得结构尺寸不同
[0050]在25°C下,将130mg石墨烯均匀分散在含有ImM的氯化血红素(Hemin)的2OmL碱性水溶液(0.6M NaOH)中,加入30mL浓度为0.6M的盐酸水溶液,搅拌30min,抽滤洗涤、过夜烘干后,得到棕色粉末状非贵金属电催化剂。在氩气的气氛保护下升温至700°C,热处理2h后,冷却至室温。80°C条件下,在0.5M H2SO4溶液中回流搅拌30min,抽滤水洗至中性后,烘干,得到最终产物。
[0051]如图7,实施例4中所用的MESO-四(4_羧基苯基)卟吩氯化铁的结构式。
[0052]实施例5所得样品形貌和尺寸与实施例1所得的产品相似,尺寸分布在10?100nm的立方体结构均匀分散在GO上,电化学活性与实施例1所得的产品的活性相似,ORR的活性接近商业Pt/C。
[0053]实施例6:酸处理的温度,酸洗时间及焙烧时间不同
[0054]在25°C下,将130mg石墨烯均勻分散在含有ImM的氯化血红素(Hemin)的2OmL碱性水溶液(0.6M NaOH)中,加入30mL浓度为0.6M的盐酸水溶液,搅拌30min,抽滤洗涤、过夜烘干后,得到棕色粉末状非贵金属电催化剂。在氩气的气氛保护下升温至700°C,热处理5h后,冷却至室温。40°C条件下,在0.5M H2SO4溶液中回流搅拌10h,抽滤水洗至中性,烘干,得到最终产物。
[0055]实施例6所得样品形貌和尺寸与实施例1所得的产品相似,尺寸分布在10?500nm的立方体结构均匀分散在GO上,电化学活性与实施例1所得的产品的活性相似,ORR的活性接近商业Pt/C。
[0056]实施例7:载量、惰性保护气种类及酸处理温度不同
[0057]在25°C下,将13mg GO分散在含有ImM的氯化血红素(Hemin)的2mL碱性水溶液(0.6M NaOH)中,再将3mL浓度为0.6M的盐酸水溶液与上述溶液混合,搅拌3h,抽滤洗涤、过夜烘干后,得到黑色固体粉末。在氮气的气氛保护下升温至700°C,热处理Ih后,冷却至室温。100°C条件下,在0.5M H2SO4溶液中回流搅拌30min,抽滤水洗至中性后,得到最终产物。
[0058]实施例7所得样品形貌和尺寸与实施例1所得的产品相似,尺寸分布在10?500nm的立方体结构均匀分散在GO上,电化学活性与实施例1所得的产品的活性相似,ORR的活性接近商业Pt/C。
[0059]实施例8:合成温度及金属大环化合物的种类不同
[0060]在55°C下,将130mg石墨烯均匀分散在含有ImM的Heme B的20mL碱性水溶液(0.6M NaOH)中,加入30mL浓度为0.6M的盐酸水溶液,搅拌30min,抽滤洗涤、过夜烘干后,得到棕色粉末状非贵金属电催化剂。在氩气的气氛保护下升温至700°C,热处理2h后,冷却至室温。80°C条件下,在0.5M H2SO4溶液中回流搅拌30min,抽滤水洗至中性后,烘干,得到最终产物。
[0061]实施例8所得样品形貌和尺寸与实施例1所得的产品相似,尺寸分布在10?500nm的立方体结构均匀分散在GO上,电化学活性与实施例1所得的产品的活性相似,ORR的活性接近商业Pt/C。
[0062]实施例9:酸碱浓度不同
[0063]在25°C下,将130mg石墨烯均匀分散在含有ImM的氯化血红素(Hemin)的2OmL碱性水溶液(4M NaOH)中,加入30mL浓度为4M的盐酸水溶液,搅拌30min,抽滤洗涤、过夜烘干后,得到棕色粉末状非贵金属电催化剂。在氩气的气氛保护下升温至700 °C,热处理2h后,冷却至室温。80°C条件下,在0.5M H2SO4溶液中回流搅拌30min,抽滤水洗至中性后,烘干,得到最终产物。
[0064]实施例9所得样品形貌和尺寸与实施例1所得的产品相似,尺寸分布在10?500nm的立方体结构均匀分散在GO上,电化学活性与实施例1所得的产品的活性相似,ORR的活性接近商业Pt/C。
[0065]实施例10:搅拌时间不同
[0066]在25°C下,将130mg石墨烯均勻分散在含有ImM的氯化血红素(Hemin)的2OmL碱性水溶液(0.1M NaOH)中,加入30mL浓度为0.1M的盐酸水溶液,搅拌10h,抽滤洗涤、过夜烘干后,得到棕色粉末状非贵金属电催化剂。在氩气的气氛保护下升温至700 V,热处理2h后,
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