一种碳基氧还原反应催化剂及其制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113839058A(43)申请公布日2021.12.24(21)申请号202111116725.3(22)申请日2021.09.23(71)申请人重庆文理学院地址402160重庆市永川区红河大道319号(72)发明人欧子豪郭朝中覃媛徐川岚刘建平许欣如刘瑶高洁姜莹(74)专利代理机构西安众和至成知识产权代理事务所(普通合伙)61249代理人申玲红(51)Int.Cl.H01M4/96(2006.01)H01M4/90(2006.01)H01M4/88(2006.01)权利要求书1页说明书9页附图12页(54)发明名称一种碳基氧还原反应催化剂及其制备方法(57)摘要本发明公开了一种碳基氧还原反应催化剂及其制备方法，制备方法为：1)对废弃化妆棉进行预碳化处理，然后酸洗、水洗烘干后得热解聚合物；2)按热解聚合物、锌盐和氟化铵的质量比为1:(0.2～4):(0.1～2)向热解聚合物中加入锌盐和氟化铵，然后加入溶剂研磨均匀后烘干得前驱体；3)将前驱体放入管式炉中，在惰性气氛下，以5‑15℃/min的升温速率自室温升温至800℃～1000℃热处理1‑3h，然后自然冷却至室温，取出依此进行酸洗、水洗并烘干，继续放入管式炉，在惰性气氛下，以5‑15℃/min的升温速率自室温升温至800℃～1000℃热处理1‑3h，热处理完毕待其自然冷却至室温后取出得催化剂。由该方法制备的碳基氧还原反应催化剂活性高，稳定性好，电池性能突出。CN113839058ACN113839058A权利要求书1/1页1.一种碳基氧还原反应催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)对废弃化妆棉进行预碳化处理，然后酸洗、水洗烘干后得热解聚合物；2)按热解聚合物、锌盐和氟化铵的质量比为1:(0.2～4):(0.1～2)向热解聚合物中加入锌盐和氟化铵，然后加入溶剂研磨均匀后烘干得前驱体；3)将前驱体放入管式炉中，在惰性气氛下，以5‑15℃/min的升温速率自室温升温至800℃～1000℃热处理1‑3h，然后自然冷却至室温，取出依此进行酸洗、水洗并烘干，继续放入管式炉，在惰性气氛下，以5‑15℃/min的升温速率自室温升温至800℃～1000℃热处理1‑3h，热处理完毕待其自然冷却至室温后取出得催化剂。2.如权利要求1所述的碳基氧还原反应催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中预碳化处理的温度为200‑400℃，处理时间为0.5‑2h。3.如权利要求1所述的碳基氧还原反应催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中的锌盐为氯化锌、硫酸锌或硝酸锌中的一种或任意几种的组合。4.如权利要求1所述的碳基氧还原反应催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中的溶剂为甲醇或乙醇。5.如权利要求1所述的碳基氧还原反应催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1)和步骤3)中酸洗的条件为在0.4‑0.6M硫酸中，70‑85℃条件下，磁力搅拌6‑10h。6.一种如权利要求1所述方法制备的碳基氧还原反应催化剂，其特征在于，所述催化剂为N、F共掺杂的多孔碳基结构，其比表面积大于2000m2.g‑1。2CN113839058A说明书1/9页一种碳基氧还原反应催化剂及其制备方法技术领域[0001]本发明涉及燃料电池阴极下的氧还原反应催化剂，具体涉及一种碳基氧还原反应催化剂及其制备方法。背景技术[0002]由于传统化石燃料的持续消耗引发了能源危机和环境污染，从而使得先进清洁的新能源技术得到了学术界的广泛关注。然而，放电过程中阴极下的氧还原反应(ORR)由于其反应动力学缓慢和反应途径多样等特点，极大地限制了燃料电池和金属空气电池(MABs)等先进能源转换系统的发展。目前，铂基催化剂是最有效的商用ORR催化剂。但由于其价格高、稳定性差、易中毒等原因，限制了其在燃料电池中的广泛应用。因此，开发具有高效、低成本、稳定的非贵金属催化剂来替代铂基贵金属催化剂是当今世界面临的重大挑战。[0003]近年来，碳基无金属催化剂因具有成本低、导电性好、稳定性高等特点受到了科研界的青睐，且引入N，P，S，F等元素掺杂后其氧还原催化效果有了明显的进步；另外，设计合成一种具有分层多孔、超高比表面积的结构也是提升催化活性的另一种重要方法。但是目前，大多数催化剂的合成工艺过于繁琐，使其难以大规模产出；加之，在高效掺杂的同时能够保持分层多孔、超高比表面积的活性结构，也十分困难。发明内容[0004]针对现有技术存在的不足，本发明以废弃化妆棉为碳源，提供一种成本低、工艺步骤简单、比表面积大、活性高的碳基氧还原反应催化剂及其制备方法。[0005]为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：[0006]一种碳基氧还原反应催化剂的制备方法，包括如下步骤：[0007