本发明属于催化剂技术领域,尤其涉及一种杂原子共掺杂的非贵金属基碳材料及其制备方法、应用。该材料通过以下方法制备：将氯化铁在乙醇中超声分散均匀,加入木质素磺酸钠搅拌,干燥后洗涤,得到铁螯合的木质素；将次磷酸钠与铁螯合的木质素研磨均匀,通过热解反应即得。本发明的制备方法是集Fe-N-C、FeP活性位点于一体,利用二者的协同作用同时实现电催化氧还原、析氢和析氧反应,实现催化活性和稳定性的显著提升。本发明利用盐辅助策略将铁螯合木质素与次磷酸钠结合起来,制得可同时催化氧还原、析氢和析氧反应的三功能非贵金属基碳材料,解决了现有技术中贵金属催化剂成本高、储量低的问题。

本发明公开了一种双金属有机骨架复合氮掺杂石墨烯催化材料的制备与应用。以甲醇作为溶剂,将四水合醋酸镍、六水合硝酸钴和石墨烯按比例加入甲醇溶液中,搅拌均匀后再多次少量缓慢加入二甲基咪唑,继续搅拌,待反应完全,将产物转移到冰箱中诱导沉淀后,经过滤、蒸馏水及乙醇分别洗涤真空干燥得到固体紫色粉末,再采用程序升温进行煅烧得MOF衍生钴碳化镍/氮掺杂石墨烯复合催化材料。所得复合催化材料比表面积高,金属粒子的分散性极好,为高催化活性提供了保障,在扫速为30mV/s,1.0M甲醇和0.5M硫酸混合溶液中表现出优异的醇氧化活性。在1000次循环后材料仍能保持初始值的78.3％,表现出非常好的稳定性。

本发明的碳电极材料包含碳质纤维(A)、石墨粒子以外的碳粒子(B)和将它们粘合的碳质材料(C),满足下述要件：(1)石墨粒子以外的碳粒子(B)的粒径为1μm以下,(2)将石墨粒子以外的碳粒子(B)中的、通过X射线衍射求出的c轴方向的微晶尺寸设为Lc(B)时,Lc(B)为10nm以下,(3)将碳质纤维(A)和碳质材料(C)中的、通过X射线衍射求出的c轴方向的微晶尺寸分别设为Lc(A)、Lc(C)时,Lc(C)/Lc(A)为1.0～5,(4)由氮气吸附法求出的介孔比表面积小于30m～(2)/g,(5)碳电极材料表面的键合氧原子数为碳电极材料表面的碳原子总数的1％以上。

本发明提供在提高排水性和气体扩散性的同时抑制催化剂层的裂纹、提高催化剂的利用效率、提高高输出功率下的能量转换效率、并且耐久性良好的固体高分子型燃料电池用催化剂层、膜电极接合体、以及固体高分子型燃料电池。本实施方式的固体高分子型燃料电池用催化剂层包含催化剂(21)、碳粒子(22)、高分子电解质(23)、以及纤维状物质(24),碳粒子(22)负载着催化剂(21),具有空隙(25),在与固体高分子型燃料电池用催化剂层的表面垂直的厚度方向上的剖面中所观察到的空隙(25)当中,截面积为10000nm～(2)以上的空隙(25)的频率所占的比例为13％以上20％以下。

本发明的碳电极材料包含碳质纤维(A)、石墨粒子(B)和将它们粘合的碳质材料(C),且满足下述要件：(1)将碳质材料(C)中的、通过X射线衍射求出的c轴方向的微晶尺寸设为Lc(C)时,Lc(C)小于10nm,(2)将碳质纤维(A)中的、通过X射线衍射求出的c轴方向的微晶尺寸设为Lc(A)时,Lc(C)/Lc(A)为1.0以上,(3)在碳质纤维(A)的结构体中,平均曲率为1R以上、平均纤维直径为5μm～15μm,(4)碳电极材料表面的键合氧原子数为碳电极材料表面的碳原子总数的1.0％以上。

本发明提供一种氧化还原液流电池用碳电极材料,其即使在使用了Mn-Ti系电解液的情况下,也能够使Mn离子稳定化并降低初期充放电时的电池电阻,并且抗氧化性极其优异。本发明的电极材料包含碳质纤维(A)、石墨粒子(B)和将它们粘合的碳质材料(C),其满足下述要件：(1)将碳质材料(C)中的、通过X射线衍射求出的c轴方向的微晶尺寸设为Lc(C)时,Lc(C)为10nm以上,(2)将碳质纤维(A)中的、通过X射线衍射求出的c轴方向的微晶尺寸设为Lc(A)时,Lc(C)/Lc(A)为1.0以上,(3)碳质纤维(A)的结构体中,平均曲率为1R以上、平均纤维直径为5μm～15μm,(4)碳电极材料表面的键合氧原子数为碳电极材料表面的碳原子总数的1.0％以上。

本发明提供一种电解质膜,其为包含具有离子交换基团的全氟碳聚合物的氧化还原液流电池用电解质膜,前述全氟碳聚合物具有600g/eq以上且2000g/eq以下的离子交换基团的当量质量EW,前述电解质膜中的裂纹面积率为1.5％以下,前述电解质膜的下述由2M硫酸水溶液浸渍导致的尺寸变化率之中,X方向和Y方向中至少一者的尺寸变化率为80％以上且小于100％。

提供一种在锰/钛系氧化还原液流电池负极中使用的碳电极材料,其能够降低初期充放电时的电池电阻,电池能量效率优异。一种锰/钛系氧化还原液流电池用碳电极材料,其是在使用锰/钛系电解液的氧化还原液流电池的负极中使用的碳电极材料,所述碳电极材料包含碳质纤维(A)、石墨粒子以外的碳粒子(B)和将它们粘合的碳质材料(C),且满足下述条件：(1)石墨粒子以外的碳粒子(B)的粒径为1μm以下,(2)将石墨粒子以外的碳粒子(B)中的、通过X射线衍射求出的c轴方向的微晶尺寸设为Lc(B)时,Lc(B)为10nm以下,(3)将碳质纤维(A)和碳质材料(C)中的、通过X射线衍射求出的c轴方向的微晶尺寸分别设为Lc(A)、Lc(C)时,Lc(C)/Lc(A)为1.0～5,(4)由氮气吸附量求出的介孔比表面积为30m～(2)/g以上,(5)碳电极材料表面的键合氧原子数为碳电极材料表面的碳原子总数的1％以上。

本发明涉及复合电极材料技术领域,针对传统MOF衍生金属掺杂多孔碳材料存在2e～(-)ORR反应的问题,提供一种硫改性的MOF衍生金属掺杂多孔碳材料及其制备方法,先配制含有金属盐和2-甲基咪唑的混合溶液,所述金属盐的金属离子包括Co～(2+)、Cu～(2+)、Zn～(2+),反应得到CoCuZn-MOF前驱体；然后退火处理得Cu-Co-N-(4)衍生碳基复合材料,即MOF衍生金属掺杂多孔碳材料；接着进行硫化处理,引入硫元素。本方法原料易得、操作简单,对设备无特殊要求、易于产业化。本发明还提供硫改性的MOF衍生金属掺杂多孔碳材料在锌空气电池中的应用。

一种电极,其为使电解液循环的氧化还原液流电池的电极,其中,所述电极具有多孔体和有助于电池反应的反应性粒子,所述反应性粒子不是被固定于所述多孔体,而是通过所述电解液的流动而被压抵于所述多孔体。