铜氮共掺杂碳催化剂的合成及电催化氧还原性能

钱嘉静

（浙江省碳材料技术研究重点实验室，温州大学化学与材料工程学院，浙江 温州 325027）

贵金属材料是氧还原反应（ORR）的有效电催化剂，但是高成本、稀缺性、低稳定性和甲醇耐受性差等缺点，极大限制了它们的大规模应用[1-2]。开发高活性和高稳定性的廉价催化剂如金属氧化物、碳化物、硫化物和杂原子掺杂碳纳米材料等，非常关键，其中过渡金属氮掺杂碳材料因低成本和高活性，被认为是目前最有发展前途的氧还原催化剂[3-5]。金属有机骨架（MOFs）及其衍生物具有显著的氮碳材料的优势。金属有机骨架由金属中心和有机配体通过配位键组装而成，具有高比表面积结构、多样孔径可调等特点，作为热裂解的前驱体或模版，可用于制备碳基非贵金属纳米催化剂[6-7]。在所有的MOFs 里面，类沸石咪唑骨架(ZIFs)含有更丰富的氮含量[8]，在高温裂解的过程中，ZIFs 中的部分金属与碳氮形成了金属-氮-碳活性位点，被认为是昂贵的铂基催化剂最有希望的代替品[9]。

本文以原料易得、成本低廉的铜掺杂沸石咪唑类骨架材料（Cu/ZIF-8）作为催化剂前驱体，采用传统的湿化学法，控制铜的掺杂比例[10]，用管式炉对样品进行热处理，合成了ZIF-8 衍生的铜氮共掺杂碳基材料电催化剂。

1 实验部分

1.1 实验药品

六水合硝酸锌、2-甲基咪唑、甲醇、三水合硝酸铜等(均为分析纯)。

1.2 实验流程

1.2.1 铜氮共掺杂多孔碳前驱体Cu/ZIF-8 的合成

将0.558g 的Zn(NO3)2·6H2O 和0.0453g 的Cu(NO3)2·6H2O(锌铜摩尔比为10∶1)溶解在20mL甲醇溶液中作为A 溶液，另外称取0.616g 的2-甲基咪唑溶解在20mL 甲醇溶液中作为B 溶液。……