canXC-72)，与三聚氰胺(供氮剂)、碳化硼和硼砂(供硼剂)、尿素及氢氟酸钠(活化剂)按质量百分比分别为60%、18%、10%、12%，混合于研钵中机械球磨60分钟，其中供硼剂碳化硼和硼砂的质量比为1:1，活化剂尿素及氢氟酸钠的质量比为1:1 ;
(3)将步骤(2)机械球磨的混合物移入陶瓷舟中，然后放进石英管式电阻炉内，在惰性气体(氩气)保护下，先以15°C /min的升温速率升至300°C，保持10分钟，然后再以8°C /min的升温速率升至900°C，对碳材料进行氮硼共渗热处理1.5小时，然后随炉自然冷却到室温，得到的氮硼共掺杂的碳材料；
(4)将步骤(3)得到的氮硼共掺杂的碳材料，放入温度为60°C，浓度为0.5 mol/L的稀硫酸中浸泡6小时，冷却到室温后抽滤，然后用大量二次蒸馏水洗涤，在60°C下真空干燥2小时；
(5)将步骤(4)得到经酸洗的氮硼共掺杂碳材料移入陶瓷舟或石英舟中，然后放进石英管式电阻炉内，在惰性气体(氩气)保护下，以15°C /min的升温速率升至700°C，热处理I小时，然后随炉自然冷却到室温，最后制备出氮硼共掺杂碳的氮硼掺杂碳基催化剂。
[0028]实施例11 (1)称取20g导电碳黑(BP2000)放入浓度为0.5 mol/L的稀硫酸中浸泡24小时，然后抽滤，并用二次蒸馏水洗涤3~5次，在60°C下真空干燥I小时，得到预处理的碳材料；
(2)称取1g步骤(I)中预处理的导电碳黑(BP2000)，与三聚氰胺(供氮剂)、碳化硼和硼砂(供硼剂)、尿素及氢氟酸钠(活化剂)按质量百分比分别为60%、18%、10%、12%，混合于研钵中机械球磨60分钟，其中供硼剂碳化硼和硼砂的质量比为1:1，活化剂尿素及氢氟酸钠的质量比为1:1 ;
(3)将步骤(2)机械球磨的混合物移入陶瓷舟中，然后放进石英管式电阻炉内，在惰性气体(氮气)保护下，先以15°C /min的升温速率升至300°C，保持10分钟，然后再以8°C /min的升温速率升至900°C，对碳材料进行氮硼共渗热处理1.5小时，然后随炉自然冷却到室温，得到的氮硼共掺杂的碳材料；
(4)将步骤(3)得到的氮硼共掺杂的碳材料，放入温度为60°C，浓度为0.5 mol/L的稀硫酸中浸泡6小时，冷却到室温后抽滤，然后用大量二次蒸馏水洗涤，在60°C下真空干燥2小时；
(5)将步骤(4)得到经酸洗的氮硼共掺杂碳材料移入陶瓷舟或石英舟中，然后放进石英管式电阻炉内，在惰性气体(氮气)保护下，以15°C /min的升温速率升至700°C，热处理I小时，然后随炉自然冷却到室温，最后制备出氮硼共掺杂碳的氮硼掺杂碳基催化剂。
[0029]实施例12
(1)称取20g管径为40?60nm的碳纳米管、放入浓度为0.5 mol/L的稀硫酸中浸泡24小时，然后抽滤，并用二次蒸馏水洗涤3~5次，在60°C下真空干燥I小时，得到预处理的碳材料；
(2)称取1g步骤(I)中预处理的碳纳米管，与三聚氰胺(供氮剂)、碳化硼和硼砂(供硼剂)、尿素及氢氟酸钠(活化剂)按质量百分比分别为60%、18%、10%、12%，混合于研钵中机械球磨60分钟，其中供硼剂碳化硼和硼砂的质量比为1:1，活化剂尿素及氢氟酸钠的质量比为 1:1 ;
(3)将步骤(2)机械球磨的混合物移入陶瓷舟中，然后放进石英管式电阻炉内，在惰性气体(氮气)保护下，先以15°C /min的升温速率升至300°C，保持10分钟，然后再以8°C /min的升温速率升至900°C，对碳材料进行氮硼共渗热处理1.5小时，然后随炉自然冷却到室温，得到的氮硼共掺杂的碳材料；
(4)将步骤(3)得到的氮硼共掺杂的碳材料，放入温度为60°C，浓度为0.5 mol/L的稀硫酸中浸泡6小时，冷却到室温后抽滤，然后用大量二次蒸馏水洗涤，在60°C下真空干燥2小时；
(5)将步骤(4)得到经酸洗的氮硼共掺杂碳材料移入陶瓷舟或石英舟中，然后放进石英管式电阻炉内，在惰性气体(氮气)保护下，以15°C /min的升温速率升至700°C，热处理I小时，然后随炉自然冷却到室温，最后制备出氮硼共掺杂碳的氮硼掺杂碳基催化剂。
【主权项】
1.一种氮硼掺杂碳基催化剂的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤: (1)将碳放入稀硫酸中浸泡6~48h，然后抽滤，并用蒸馏水洗涤3~5次，将洗涤后的碳置于40°C?100°C的温度下真空干燥I?4小时，得到预处理的碳； (2)将碳、供氮剂、供硼剂、活化剂混合后置于球磨机中机械球磨30?120分钟，得到混合粉末，在混合粉末中碳的质量百分比为50?74%，供氮剂的质量百分比为10?30%，供硼剂质量百分比为6?12%，活化剂的质量百分比为10?20% ; (3)在氩气或氮气保护下，将混合粉末放入炉内，先以10?20°C/min的升温速率升至300°C，保持10~60分钟，然后再以5?10°C /min的升温速率升至500?1100 °C，在温度为500°C?1100°C下热处理I?3小时，然后随炉自然冷却到室温，得到的氮硼共掺杂碳材料； (4)将步骤(3)得到的氮硼共掺杂碳材料放入50°C?80°C的稀硫酸中浸泡5?8小时，冷却到室温后抽滤，然后用蒸馏水洗涤3~5次，在40°C?100°C下真空干燥I?4小时； (5)在氩气或氮气的保护下，将步骤(4)处理后的氮硼共掺杂碳材料放入炉内，以10?200C /min的升温速率升至500?900°C，热处理0.5?2小时，然后随炉自然冷却到室温后得到氮硼掺杂碳基催化剂。2.根据权利要求1所述的氮硼掺杂碳基催化剂的制备方法，其特征在于:所述碳为导电碳黑、碳纳米管、纳米多孔碳、纳米介孔碳、石墨稀中任意一种，其中，碳纳米管的管径为10 ?lOOnm。3.根据权利要求1所述的氮硼掺杂碳基催化剂的制备方法，其特征在于:所述供氮剂为聚苯胺、邻二氮杂菲、三聚氰胺、聚苯并咪唑、聚噻吩、聚吡咯中的一种或二种按任意比例混合得到的混合物。4.根据权利要求1所述的氮硼掺杂碳基催化剂的制备方法，其特征在于:所述供硼剂为碳化硼、硼砂、氟硼酸钠、氟硼酸钾中的一种或二种按任意比例混合得到的混合物。5.根据权利要求1所述的氮硼掺杂碳基催化剂的制备方法，其特征在于:所述活化剂为硫脲、尿素、氢氟酸钠、氟化钙、氟化钠、乙二胺、碳酸氢铵、氯化铵中的一种或二种按任意比例混合得到的混合物。6.根据权利要求1所述的氮硼掺杂碳基催化剂的制备方法，其特征在于:所述步骤(I)、(4)中的稀硫酸的浓度为0.25-1.5mol/L0
【专利摘要】本发明公开一种氮硼掺杂碳基催化剂的制备方法，属于催化材料技术领域。本发明所述方法是，首先将碳材料进行预处理，其次将经预处理的碳材料与供氮剂、供硼剂及活化剂混合后，进行机械球磨，然后将研磨后的混合物在惰性气体的保护下，在温度为500℃～1100℃范围，对碳材料进行氮硼共渗热处理1～3小时，最后经酸洗制备出氮硼掺杂碳基催化剂。本发明所述方法制备得到的氮硼掺杂碳基催化剂可作为燃料电池的阴极氧还原催化剂；本发明所用原料价格低廉、工艺简单、对设备要求低、适合于催化剂的规模化生产；所制备的催化剂在酸性和碱性条件下，均显示出较好的氧还原活性和稳定性。
【IPC分类】H01M4/90, B01J27/24
【公开号】CN104998675
【申请号】CN201510349405
【发明人】杨喜昆, 王光华, 江克柱, 陈琳燕
【申请人】昆明理工大学
【公开日】2015年10月28日
【申请日】2015年6月24日