一种半金属单原子掺杂的多孔碳膜及其制备方法和应用与流程

本发明属于新能源材料领域，具体为一种半金属单原子掺杂的多孔碳膜及其制备方法和应用。

背景技术：

能源是人类赖以生存的物质基础。由于环境污染及化石能源日益减少，使得清洁高效的新能源需求日益增强。燃料电池是能够直接把燃料的化学能转化为电能而不需要经过卡诺循环的电化学发电装置，具有能量转化效率高，没有噪声污染，排放出的有害气体极少，被认为是最有发展前途的发电技术。

水合肼燃料电池由于其高的理论电池电压(+1.56v)，高的能量和功率密度，二氧化碳零排放，液体燃料易于储存和运输等优点，展现出巨大的应用前景。燃料电池的电极是燃料发生电化学反应，放出能量的场所，其性能的好坏直接决定燃料电池的性能。实现水合肼燃料电池大规模应用的核心技术是研发高效、稳定可大规模生产的电极材料。

目前所研发的电极材料主要是基于多孔碳负载贵金属纳米粒子的粉末材料。贵金属元素价格昂贵，资源稀缺等缺陷限制了水合肼燃料电池的大规模应用。此外，粉末基电催化剂需要与不导电的聚合物粘合剂混合，压制成特定形状的薄膜之后才能应用于燃料电池器件。在电极材料中加入不导电的聚合物粘合剂会极大的降低器件的性能和长期使用稳定性，并且这一过程非常耗时。基于此，研发非贵金属碳基薄膜电极材料是解决这一问题的关键技术。

碳材料负载单原子电催化剂由于其最大的原子利用效率，特殊的电子结构和高的催化活性，在能源转化领域备受关注。目前关于碳材料负载单原子电催化剂的研究主要集中在过渡金属和贵金属，主要利用金属原子与氮掺杂碳材料中氮原子之间的配位作用来制备贵金属/过渡金属单原子电催化剂。但是，这一类型单原子电催化剂在制备和使用过程中容易造成聚集，导致催化活性的降低。半金属原子能够与碳原子之间形成共价键，使得半金属更容易以单原子的形式稳定存在，目前在国内外关于半金属单原子催化剂没有报道。

技术实现要素：

本发明的目的是针对目前贵金属基粉末电催化剂在水合肼燃料电池领域的缺点，比如：高昂的价格，容易溶解、腐蚀和团聚，资源稀缺，以及制备工艺复杂、耗时等问题，提供一种价廉易得、易大规模制备、具有高的电催化活性和稳定性的多孔碳膜材料。该碳膜不需要任何的聚合物粘合剂，可以直接作为高性能的电解材料应用于水合肼燃料电池中，为能源转化领域提供了一种技术支撑。

本发明提供的半金属单原子掺杂的多孔碳膜的制备方法，包含以下两种方法：

方法1、将含半金属元素的聚离子液体和含有羧基的化合物通过流延成膜和静电交联的方法制备得到多孔聚合物膜，然后将多孔聚合物膜在惰性气氛中直接碳化，碳化温度为600～1200℃，碳化1～12小时，自然冷却至室温，可得到半金属单原子掺杂的多孔碳膜；

方法2、将不含半金属元素的聚离子液体和含有羧基的化合物通过流延成膜和静电交联的方法制备得到多孔聚合物膜，然后将该多孔聚合物膜在含有半金属元素的溶液中浸泡1～24小时，将溶剂在40～100℃的条件下烘干，然后直接碳化吸附有半金属元素的多孔聚合物膜，碳化温度为600～1200℃，碳化1～12小时，自然冷却至室温，得到半金属单原子掺杂的多孔碳膜。

本发明方法1提供的制备含半金属元素的多孔聚合物膜的原料之一聚离子液体为含有半金属元素的离子聚合物，其具有以下的结构：

其中r为碳原子数为1～14的烷基链或ch2cn。x为bf4、bf3cf3、b(cn)4、sbf6或secn；y为sif6、gef6、asf6或tebr6。

本发明方法2提供的制备不含半金属元素的多孔聚合物膜的原料之一聚离子液体为不含半金属元素的离子聚合物，其具有以下的结构：

其中r为碳原子数为1～14的烷基链或ch2cn；x为cl、br、i、pf6、clo4、cf3coo、cf3so3、(cf3so2)2n、etso4、meso4、h2po4、hso4、n(cn)2、ch3coo或scn。

本发明方法1或2提供的制备多孔聚合物膜的原料之二为含羧酸的化合物，其具有以下结构：

聚丙烯酸的分子量为1800～1250000kda，聚离子液体的分子量为5000～1000000kda。x为cl、br、i、pf6、clo4、cf3coo、cf3so3、(cf3so2)2n、etso4、meso4、h2po4、hso4、n(cn)2、ch3coo或scn。

本发明方法2所涉及的半金属化合物为半金属单质或含半金属元素的无机物或有机物，其具有以下的结构：

h3bo3，c6h7bo3，cf3c6h4b(oh)2，b2o3，se，seo2，seo3，secl4，h2seo4，sebr4，teo2，teo3，tecl4，tebr4，(nh4)2teo4，(nh4)2tebr6，(nh4)2sif6，h4sio4，h2sio3，h3aso4，geo2，(nh4)2gef6

本发明所述半金属单原子掺杂的多孔碳膜厚度为20nm到10cm，且具有梯度分布的多级孔结构。

本发明方法1中提供的含半金属元素的多孔聚合物膜的制备方法如下：

(1)将含半金属元素的聚离子液体和含有羧基的化合物按照0.8∶1～1∶3的摩尔比混合，加入10～500ml的二甲基甲酰胺或二甲基亚砜，在25℃～70℃条件下加热溶解；

(2)将步骤(1)所制备的聚合物溶液倾倒在玻璃板上，在25℃～100℃加热2～40小时，烘干溶剂；

(3)将步骤(2)所制备的聚合物复合膜在0.05wt％～25wt％的氨水溶液中浸泡1～48小时，得到含半金属元素的多孔聚合物膜；

本发明方法2中提供的不含半金属元素的多孔聚合物膜的制备方法如下：

(1)将不含半金属元素的聚离子液体和含有羧基的化合物按照0.8∶1～1∶3的摩尔比混合，加入10～500ml的二甲基甲酰胺或二甲基亚砜，在25℃～70℃条件下加热溶解；

(2)将步骤(1)所制备的聚合物溶液倾倒在玻璃板上，在25℃～100℃加热2～40小时，烘干溶剂；

(3)将步骤(2)所制备的聚合物复合膜在0.05wt％～25wt％的氨水溶液中浸泡1～48小时，得到不含半金属元素的多孔聚合物膜；

本发明的原料廉价易得，制备方法简单，易于工业化生产。而且该碳材料具有可调节的孔径。

本发明方法1中所述的含有半金属元素的聚离子液体的制备方法是：

卤代化合物与咪唑、三唑、噻唑等含乙烯基的化合物在0℃～100℃反应制备离子液体单体；然后通过活性自由基聚合制备得到阴离子为卤素的聚离子液体；然后以甲醇、乙醇、丙酮、乙腈或者水为溶剂，加入1-10倍摩尔量相应的含半金属元素的无机盐，在0～70℃反应12～72小时，得到目标聚离子液体。

本发明方法2中所述的不含半金属元素的聚离子液体的制备方法是：

卤代化合物与咪唑、三唑、噻唑等含乙烯基的化合物在0℃～100℃反应制备离子液体单体；然后通过活性自由基聚合制备得到阴离子为卤素的聚离子液体；然后以甲醇、乙醇、丙酮、乙腈或者水为溶剂，加入1-10倍摩尔量相应的不含半金属元素的无机盐，在0～70℃反应12～72小时，得到目标聚离子液体。

本发明方法1或2所述的含有羧基的离子化合物或聚合物的制备方法是：

所述的含有羧基的化合物是商业化的多羧基化合物或者是商业的聚丙烯酸或者是合成的多羧基离子液体单体或者是含有羧基官能团的聚离子液体。合成的多羧基离子液体的制备方法是：将咪唑或者三唑在醇钠或者四氢呋喃/氢化钠条件下和1～5倍摩尔量的卤代乙酸在0～100℃反应，然后将所得离子液体用乙醚、四氢呋喃、乙酸乙酯、丙酮洗涤可得含有卤素阴离子的离子液体。然后以甲醇、乙醇、丙酮、乙腈或者水为溶剂，加入1-10倍摩尔量相应的无机盐，在0～70℃反应12～72小时，得到目标离子液体。所述的含有羧基的聚离子液体的制备方法是：卤代羧酸与乙烯基咪唑、乙烯基噻唑、乙烯基三唑、四乙烯基苄基咪唑、四乙烯基苄基三唑在0～100℃反应制备离子液体单体；然后通过活性自由基聚合制备得到阴离子为卤素的聚离子液体；然后以甲醇、乙醇、丙酮、乙腈或者水为溶剂，加入1-8倍摩尔量相应的无机盐，在0～70℃反应12～72小时，得到目标聚离子液体。

本发明提供了半金属单原子掺杂的多孔碳膜直接作为电极在水合肼燃料电池中的应用；

具体做法为：将所制备的半金属单原子掺杂的碳膜直接作为阳极，不需要任何的聚合物粘合剂。阴极为目前标准的商业铂碳(20％pt/c)催化剂，聚苯并咪唑膜为固体电解质。阳极发生水合肼氧化反应，电解液为水合肼的氢氧化钾水溶液，阴极发生氧还原反应；该水合肼燃料电池的输出功率密度高达290mwcm^-2，连续工作6小时性能没有明显衰减。

本发明的优点和积极效果：

本发明制备了半金属单原子掺杂的碳膜。该碳膜具有可调节的孔径，具有从大孔到介孔再到微孔的多级孔结构，在电催化反应中，大孔可以作为反应底物快速进入碳膜的通道，介孔和微孔则提供大的比表面积和催化反应活性位点，可以显著提高反应效率；

相比目前电催化肼氧化及水合肼燃料电池领域研究较多的贵金属基纳米催化剂，我们发明的半金属单原子掺杂的碳膜及其制备方法具有原料来源丰富、价廉易得，制备方法简单，可大规模制备等优点，同时该材料具有优异的水合肼燃料电池性能和循环稳定性，易于工业化生产，有望大规模应用。

附图说明

图1为含硒元素的多孔聚合物膜的数码照片(a)和扫描电镜照片(b)。

图2为含锑元素的多孔聚合物膜的数码照片(a)和扫描电镜照片(b)。

图3为硒单原子掺杂的多孔碳膜的数码照片(a)和扫描电镜照片(b)。

图4为锑单原子掺杂的多孔碳膜的数码照片(a)和扫描电镜照片(b)。

图5为硒单原子掺杂的多孔碳膜的高角环形暗场透射电子显微镜图像(圆圈标注的为硒原子)。

图6为硒单原子掺杂的多孔碳膜和硒粉的扩展x射线吸收精细结构谱图。

图7为硒单原子、锑单原子和碲单原子掺杂的多孔碳膜应用到电催化水合肼氧化。

图8为硒单原子掺杂的多孔碳膜水合肼氧化的稳定性测试：第1圈和第2001圈；

图9为硒单原子掺杂的多孔碳膜作为阳极应用到水合肼燃料电池的极化和功率密度曲线。

图10为锑单原子掺杂的多孔碳膜作为阳极应用到水合肼燃料电池的极化和功率密度曲线。

图11为碲单原子掺杂的多孔碳膜作为阳极应用到水合肼燃料电池的极化和功率密度曲线。

图12为电流密度在100毫安/每平方厘米下，硒单原子掺杂的多孔碳膜在燃料电池中电压稳定性的测试。

具体实施方式

下面通过一些实施例，示例性的说明及帮助进一步理解本发明。

实施例1：含硒元素的多孔聚合物膜的制备

(1)制备聚(3-氰甲基-1-乙烯基咪唑)硒氰酸根离子液体：

在250ml的圆底烧瓶中，9.4g乙烯基咪唑，12g溴乙腈溶于100ml的丙酮溶液，40℃反应24小时，可得白色的3-氰甲基-1-乙烯基咪唑离子液体单体，产率：96％。取上述制备的离子液体单体10g，将其溶解于二甲基甲酰胺中，加入0.2g偶氮二异丁腈，70℃反应48小时可得白色的聚(3-氰甲基-1-乙烯基咪唑)溴离子液体。称取10g聚(3-氰甲基-1-乙烯基咪唑)溴离子液体，将其溶解于1000ml的去离子水中，加入8g硒氰酸钾，室温搅拌4小时，可得目标聚离子液体，聚(3-氰甲基-1-乙烯基咪唑)硒氰酸根离子液体。

(2)制备聚(3-羧甲基-1-乙烯基咪唑)三氟甲磺酰亚胺离子液体：

在250ml的圆底烧瓶中，9.4g乙烯基咪唑，14g溴乙酸溶于100ml的丙酮溶液，40℃反应24小时，可得白色的3-羧甲基-1-乙烯基咪唑离子液体单体，产率：94％。取将上述制备的离子液体单体10g，将其溶解于二甲基甲酰胺中，加入0.2g偶氮二异丁腈，70℃反应48小时可得白色的聚(3-羧甲基-1-乙烯基咪唑)溴离子液体。称取10g聚(3-羧甲基-1-乙烯基咪唑)溴离子液体，将其溶解于1000ml的去离子水中，加入13g三氟甲磺酰亚胺锂，室温搅拌4小时，可得目标聚离子液体，聚(3-羧甲基-1-乙烯基咪唑)三氟甲磺酰亚胺离子液体。

(3)制备多孔聚合物膜：

将1g上述制备的聚(3-氰甲基-1-乙烯基咪唑)硒氰酸根离子液体，1.8g聚(3-羧甲基-1-乙烯基咪唑)三氟甲磺酰亚胺离子液体，分散在10ml的二甲基甲酰胺中，然后将其倾倒在玻璃板上，在80℃干燥5小时。而后，浸入0.1wt％的氨水溶液，放置2小时，可得含硒元素的多孔聚合物膜。

实施例2：含锑元素的多孔聚合物膜的制备

(1)制备聚(3-氰甲基-1-乙烯基咪唑)六氟锑酸根离子液体：

在250ml的圆底烧瓶中，9.4g乙烯基咪唑，12g溴乙腈溶于100ml的丙酮溶液，40℃反应24小时，可得白色的3-氰甲基-1-乙烯基咪唑离子液体单体，产率：96％。取上述制备的离子液体单体10g，将其溶解于二甲基甲酰胺中，加入0.2g偶氮二异丁腈，70℃反应48小时可得白色的聚(3-氰甲基-1-乙烯基咪唑)溴离子液体。称取10g聚(3-氰甲基-1-乙烯基咪唑)溴离子液体，将其溶解于1000ml的去离子水中，加入14g六氟锑酸钠，室温搅拌4小时，可得目标聚离子液体，聚(3-氰甲基-1-乙烯基咪唑)六氟锑酸根离子液体。

(2)制备聚(3-羧甲基-1-乙烯基咪唑)三氟甲磺酰亚胺离子液体：

在250ml的圆底烧瓶中，9.4g乙烯基咪唑，14g溴乙酸溶于100ml的丙酮溶液，40℃反应24小时，可得白色的3-羧甲基-1-乙烯基咪唑离子液体单体，产率：94％。取将上述制备的离子液体单体10g，将其溶解于二甲基甲酰胺中，加入0.2g偶氮二异丁腈，70℃反应48小时可得白色的聚(3-羧甲基-1-乙烯基咪唑)溴离子液体。称取10g聚(3-羧甲基-1-乙烯基咪唑)溴离子液体，将其溶解于1000ml的去离子水中，加入13g三氟甲磺酰亚胺锂，室温搅拌4小时，可得目标聚离子液体，聚(3-羧甲基-1-乙烯基咪唑)三氟甲磺酰亚胺离子液体。

(3)制备多孔聚合物膜：

将1g上述制备的聚(3-氰甲基-1-乙烯基咪唑)六氟锑酸根离子液体，1.3g聚(3-羧甲基-1-乙烯基咪唑)三氟甲磺酰亚胺离子液体，分散在10ml的二甲基甲酰胺中，然后将其倾倒在玻璃板上，在80℃干燥5小时。而后，浸入0.1wt％的氨水溶液，放置2小时，可得含锑元素的多孔聚合物膜。

实施例3：含碲元素的多孔聚合物膜的制备

(1)制备聚(3-氰甲基-1-乙烯基咪唑)六溴碲酸根离子液体：

在250ml的圆底烧瓶中，9.4g乙烯基咪唑，12g溴乙腈溶于100ml的丙酮溶液，40℃反应24小时，可得白色的3-氰甲基-1-乙烯基咪唑离子液体单体，产率：96％。取上述制备的离子液体单体10g，将其溶解于二甲基甲酰胺中，加入0.2g偶氮二异丁腈，70℃反应48小时可得白色的聚(3-氰甲基-1-乙烯基咪唑)溴离子液体。称取10g聚(3-氰甲基-1-乙烯基咪唑)溴离子液体，将其溶解于1000ml的去离子水中，加入18g六溴碲酸钾，室温搅拌4小时，可得目标聚离子液体，聚(3-氰甲基-1-乙烯基咪唑)六溴碲酸根离子液体。

(2)制备聚(3-羧甲基-1-乙烯基咪唑)三氟甲磺酰亚胺离子液体：

在250ml的圆底烧瓶中，9.4g乙烯基咪唑，14g溴乙酸溶于100ml的丙酮溶液，40℃反应24小时，可得白色的3-羧甲基-1-乙烯基咪唑离子液体单体，产率：94％。取将上述制备的离子液体单体10g，将其溶解于二甲基甲酰胺中，加入0.2g偶氮二异丁腈，70℃反应48小时可得白色的聚(3-羧甲基-1-乙烯基咪唑)溴离子液体。称取10g聚(3-羧甲基-1-乙烯基咪唑)溴离子液体，将其溶解于1000ml的去离子水中，加入13g三氟甲磺酰亚胺锂，室温搅拌4小时，可得目标聚离子液体，聚(3-羧甲基-1-乙烯基咪唑)三氟甲磺酰亚胺离子液体。

(3)制备多孔聚合物膜：

将1g上述制备的聚(3-氰甲基-1-乙烯基咪唑)六溴碲酸根离子液体，1.2g聚(3-羧甲基-1-乙烯基咪唑)三氟甲磺酰亚胺离子液体，分散在10ml的二甲基甲酰胺中，然后将其倾倒在玻璃板上，在80℃干燥5小时。而后，浸入0.1wt％的氨水溶液，放置2小时，可得含碲元素的多孔聚合物膜。

实施例4：不含半金属元素的多孔聚合物膜的制备

(1)制备聚(3-氰甲基-1-乙烯基咪唑)三氟甲磺酰亚胺离子液体：

在250ml的圆底烧瓶中，9.4g乙烯基咪唑，12g溴乙腈溶于100ml的丙酮溶液，40℃反应24小时，可得白色的3-氰甲基-1-乙烯基咪唑离子液体单体，产率：96％。取上述制备的离子液体单体10g，将其溶解于二甲基甲酰胺中，加入0.2g偶氮二异丁腈，70℃反应48小时可得白色的聚(3-氰甲基-1-乙烯基咪唑)溴离子液体。称取10g聚(3-氰甲基-1-乙烯基咪唑)溴离子液体，将其溶解于1000ml的去离子水中，加入13g三氟甲磺酰亚胺锂，室温搅拌4小时，可得目标聚离子液体，聚(3-氰甲基-1-乙烯基咪唑)三氟甲磺酰亚胺离子液体。

(2)制备聚(3-羧甲基-1-乙烯基咪唑)三氟甲磺酰亚胺离子液体：

在250ml的圆底烧瓶中，9.4g乙烯基咪唑，14g溴乙酸溶于100ml的丙酮溶液，40℃反应24小时，可得白色的3-羧甲基-1-乙烯基咪唑离子液体单体，产率：94％。取将上述制备的离子液体单体10g，将其溶解于二甲基甲酰胺中，加入0.2g偶氮二异丁腈，70℃反应48小时可得白色的聚(3-羧甲基-1-乙烯基咪唑)溴离子液体。称取10g聚(3-羧甲基-1-乙烯基咪唑)溴离子液体，将其溶解于1000ml的去离子水中，加入13g三氟甲磺酰亚胺锂，室温搅拌4小时，可得目标聚离子液体，聚(3-羧甲基-1-乙烯基咪唑)三氟甲磺酰亚胺离子液体。

(3)制备多孔聚合物膜：

将1g上述制备的聚(3-氰甲基-1-乙烯基咪唑)三氟甲磺酰亚胺离子液体，1.1g聚(3-羧甲基-1-乙烯基咪唑)三氟甲磺酰亚胺离子液体，分散在10ml的二甲基甲酰胺中，然后将其倾倒在玻璃板上，在80℃干燥5小时。而后，浸入0.1wt％的氨水溶液，放置2小时，可得不含半金属元素的多孔聚合物膜。

实施例5：方法1

将实施例1制备的含硒元素的多孔聚合物膜在氮气保护下，800℃，碳化8小时，可得硒单原子掺杂的多孔碳膜。

实施例6：方法1

将实施例2制备的含锑元素的多孔聚合物膜在氮气保护下，900℃，碳化6小时，可得锑单原子掺杂的多孔碳膜。

实施例7：方法1

将实施例3制备的含碲元素的多孔聚合物膜在氮气保护下，1000℃，碳化4小时，可得碲单原子掺杂的多孔碳膜。

实施例8：方法2

将实施例4制备的不含半金属元素的多孔聚合物膜浸泡在30ml二苯基二硒(10mg/ml)的乙醇溶液中，浸泡10小时，然后70℃烘干。将烘干后的聚合物膜在氮气保护下，700℃，碳化6小时，可得硒单原子掺杂的多孔碳膜。

实施例9：方法2

将实施例4制备的不含半金属元素的多孔聚合物膜浸泡在30ml二氯化三苯基锑(10mg/ml)的二硫化碳溶液中，超声2小时，浸泡12小时，然后50℃烘干。将烘干后的聚合物膜在氮气保护下，1000℃，碳化4小时，可得锑单原子掺杂的多孔碳膜。

实施例10：硒单原子掺杂的多孔碳膜在电催化水合肼氧化中的应用：

以上述实施例5制备的硒单原子掺杂的多孔碳膜直接作为工作电极，饱和甘汞作为参比电极，石墨棒作为对电极，水合肼(100mm)的氢氧化钾(1m)水溶液为电解液，组装成电解池。在-0.9到0.35v(相对于饱和甘汞电极)的范围内进行循环伏安的测试，在-0.9到0.2v(相对饱和甘汞电极)下进行循环稳定性的测试。实验测试表明硒单原子掺杂的多孔碳膜具有低的起始电位，连续循环2000圈仍然具有高的催化活性。

实施例11：锑单原子掺杂的多孔碳膜在电催化水合肼氧化中的应用：

以上述实施例6制备的锑单原子掺杂的多孔碳膜直接作为工作电极，饱和甘汞作为参比电极，石墨棒作为对电极，水合肼(100mm)的氢氧化钾(1m)水溶液为电解液，组装成电解池。在-0.9到0.35v(相对于饱和甘汞电极)的范围内进行循环伏安的测试，实验测试表明锑单原子掺杂的多孔碳膜具有优异的电催化水合肼氧化性能。

实施例12：碲单原子掺杂的多孔碳膜在电催化水合肼氧化中的应用：

以上述实施例7制备的碲单原子掺杂的多孔碳膜直接作为工作电极，饱和甘汞作为参比电极，石墨棒作为对电极，水合肼(100mm)的氢氧化钾(1m)水溶液为电解液，组装成电解池。在-0.9到0.35v(相对于饱和甘汞电极)的范围内进行循环伏安的测试，实验测试表明碲单原子掺杂的多孔碳膜具有优异的电催化水合肼氧化性能。

实施例13：硒单原子掺杂的多孔碳膜在水合肼燃料电池中的应用：

以上述实施例5制备的硒单原子掺杂的多孔碳膜作为阳极，商业pt/c作为阴极，聚苯并咪唑膜为电解质。阳极发生水合肼氧化反应，电解液为水合肼(0.5m)的氢氧化钾(6m)水溶液，阴极发生氧还原反应(氧气的流速为0.2slpm)。在电流密度为100macm^-2下测试电压的稳定性。实验测试表明该水合肼燃料电池的输出功率密度为190mwcm^-2，连续工作6小时性能没有明显衰减。

实施例14：锑单原子掺杂的多孔碳膜在水合肼燃料电池中的应用：

以上述实施例5制备的锑单原子掺杂的多孔碳膜作为阳极，商业pt/c作为阴极，聚苯并咪唑膜为电解质。阳极发生水合肼氧化反应，电解液为水合肼(0.5m)的氢氧化钾(6m)水溶液，阴极发生氧还原反应(氧气的流速为0.2slpm)。实验测试表明该水合肼燃料电池的输出功率密度为290mwcm^-2。

实施例13：碲单原子掺杂的多孔碳膜在水合肼燃料电池中的应用：

以上述实施例5制备的碲单原子掺杂的多孔碳膜作为阳极，商业pt/c作为阴极，聚苯并咪唑膜为电解质。阳极发生水合肼氧化反应，电解液为水合肼(0.5m)的氢氧化钾(6m)水溶液，阴极发生氧还原反应(氧气的流速为0.2slpm)。实验测试表明该水合肼燃料电池的输出功率密度为240mwcm^-2。