本发明涉及制备高比表面积氮磷共掺碳材料的方法，特别涉及一种造孔剂的选择方法，所制备的碳材料可以作为燃料电池阴极非金属催化剂。
2.
背景技术：
近年来，化石能源的大量消耗正在造成日益严重的能源环境问题(li等，pomegranate-inspireddesignofhighlyactiveanddurablebifunctionalelectrocatalystsforrechargeablemetal-airbatteries，angewandtechemie-internationaledition，55(16)4977-4982)，寻求高效的能量存储和转化装置成为全球范围内关注的热点。燃料电池作为一种清洁无污染和较高能量密度的发电装置，是一种高效环保型的绿色能源。然而，电催化氧还原反应(orr)是其中最重要的电极反应之一，由于其反应动力学缓慢，因此必须有催化剂参与。目前成熟的氧还原催化剂最常用的是贵金属及其合金，例如铂，钌等。但pt等贵金属成本高、在地壳中储量稀缺等问题限制了其规模化应用。因此，研究廉价高效的催化剂，加速其商业化已成为研究的热点。
在这些研究的催化剂中，掺杂碳材料成本较低，而且具有相对较高的orr催化性能，近年来引起了广泛关注，被认为是一类最具潜力的催化剂。但如果能进一步提高其催化性能，则更有希望接近使用。目前可以通过两种途径提高其催化性能，一是采用多原子共掺的方法，我们利用氮磷共掺的碳材料，实现了性能的提高(gao等，polymerizableionicliquidasaprecursorforn，pco-dopedcarbontowardtheoxygenreductionreaction，catalysisscience&technology，8(4)，1142-1150)。但是该材料的比表面积较低，还不到10m2g-1。因此，如果能改变该材料的微观结构，提高其比表面积，则有望可以进一步提高其催化性能。
本专利目的在于基于上述研究，提出一种制备具有多孔结构和较高比面积的碳材料的方法，并利用聚离子液体前驱体对碳材料进行原位掺杂，获得具有高比表面积且氮磷共掺的碳材料。在增加活性位点的同时，还可以有效暴露这些活性位点，进而有效提高碳材料的催化活性。实验结果也证实了上述设想，所得碳材料的结构和比表面积都获得了改进，而且催化活性也获得提高。
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技术实现要素：
本发明的目的在于提出一种制备高比表面积氮磷共掺碳材料的方法，该碳材料具有较好比表面积和orr催化活性。
本发明通过以下技术方案实现。
一种具有多孔结构的碳基非贵金属催化剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤1.含氮磷前驱体的合成；
步骤2.造孔剂的选择和加入；
步骤3.将上述前驱体在惰性气体保护下热解，获得碳化产物；
步骤4.将上述产物研磨，获得样品并测试。
而且，所述步骤1中含氮磷前驱体为乙烯基咪唑磷酸盐，造孔剂为nh4no3，nh4hso4，(nh4)2so4，nh4hco3，(nh4)2co3等可受热分解为气体的化学试剂。
与现有技术相比，本发明具有以下特点：
1.本发明采用含氮和磷前驱体，可一步获得氮磷共掺的碳材料，合成过程中无需特殊设备，并且利于放大。
2.制备过程中加入了可以气化的造孔剂，不必经过繁琐的去模板步骤清除添加剂，同时也避免了强腐蚀性的去模板剂的使用。
4附图说明
图1为实施例1的样品的sem图，可以看到带有孔的片状结构。图2为实施1样品的等温吸附曲线，其比表面积为1268m2g-1。图3为实施例1(c1)及对比样pt/c(20％w)和不加造孔剂对比样c2的orr线性扫描图，从中可见，c1的催化性能远高于不加造孔剂的样品性能，而且也略高于商品pt/c的催化性能
5具体实施方式
结合下面四个实施实例进一步阐述本发明，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例一：
(1)称取0.02mol的乙烯基咪唑，加入等mol量的磷酸，50℃搅拌两小时，获得乙烯基磷酸二氢盐[hvim]h2po4。
(2)称取一定量的上述聚离子液体，加入两倍质量的nh4hso4，氮气保护下600℃加热两小时。冷却至室温，获得黑色固体。
(3)将上述固体研磨后，获得样品，称量5mg与100μlnafion溶液和900μl乙醇溶液混合，再超声1h将其分散均匀得到催化剂浆液。取10μl浆液滴加到预先处理过的玻碳电极上，待干燥后进行电化学性能测试，获得如图3所示的lsv曲线。
实施例二：
(1)称取0.02mol的乙烯基咪唑，加入等mol量的磷酸，50℃搅拌两小时，获得乙烯基磷酸二氢盐[hvim]h2po4。
(2)称取一定量的上述聚离子液体，加入3倍质量的nh4hco3，氮气保护下600℃加热两小时。冷却至室温，获得黑色固体。
(3)将上述固体研磨后，获得样品，称量5mg与100μlnafion溶液和900μl乙醇溶液混合，再超声1h将其分散均匀得到催化剂浆液。取10μl浆液滴加到预先处理过的玻碳电极上，待干燥后进行电化学性能测试，获得类似如图3所示的lsv曲线。
实施例三：
(1)称取0.02mol的乙烯基咪唑，加入等mol量的磷酸，50℃搅拌两小时，获得乙烯基磷酸二氢盐[hvim]h2po4。
(2)称取一定量的上述聚离子液体，加入3倍质量的(nh4)2co3，氮气保护下600℃加热两小时。冷却至室温，获得黑色固体。
(3)将上述固体研磨后，获得样品，称量5mg与100μlnafion溶液和900μl乙醇溶液混合，再超声1h将其分散均匀得到催化剂浆液。取10μl浆液滴加到预先处理过的玻碳电极上，待干燥后进行电化学性能测试，获得类似如图3所示的lsv曲线。
实施例四：
(1)称取0.02mol的乙烯基咪唑，加入等mol量的磷酸，50℃搅拌两小时，获得乙烯基磷酸二氢盐[hvim]h2po4。
(2)称取一定量的上述聚离子液体，加入两倍质量的nh4hso4，氮气保护下600℃加热两小时。冷却至室温，获得黑色固体。
(3)将上述固体研磨后，获得样品，称量5mg与100μlnafion溶液和900μl乙醇溶液混合，再超声1h将其分散均匀得到催化剂浆液。取10μl浆液滴加到预先处理过的玻碳电极上，待干燥后进行电化学性能测试，获得类似如图3所示的lsv曲线。