一种生物质掺氮多孔碳氧还原催化剂的制备方法.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CN110400939A(43)申请公布日2019.11.01(21)申请号201910741068.8(22)申请日2019.08.12(71)申请人四川轻化工大学地址643000四川省自贡市自流井区汇兴路519号(72)发明人雷英杨富文谢华明林亮吴天成张丹丹黄仁兴刘兴勇王洪辉(74)专利代理机构重庆博凯知识产权代理有限公司50212代理人万霞(51)Int.Cl.H01M4/88(2006.01)H01M4/90(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图3页(54)发明名称一种生物质掺氮多孔碳氧还原催化剂的制备方法(57)摘要本发明公开了一种生物质掺氮多孔碳氧还原催化剂的制备方法，包括以下步骤：将螺旋藻溶于碳酸钾溶液中，溶解、干燥后将固体研磨，后置于管式炉中并在氮气保护下热解，降温后得到黑色固体；将黑色固体研磨后置于盐酸溶液中浸泡，然后抽滤并用去离子水洗至中性后干燥，干燥后即得到黑色的生物质碳材料；将得到的生物质碳材料和g-C3N4研磨混合，然后置于无水乙醇中超声溶解、搅拌、干燥后研磨得到灰色混合粉末；将得到的灰色混合粉末置于管式炉中，在氮气保护下，以5℃/min的升温速率升温至800~1000℃，然后保温2h，待管式炉冷却后将制备得到的黑色产物为多孔碳氧还原催化剂。该方法制备得到的多孔碳氧还原催化剂稳定性好、电化学性能优异。CN110400939ACN110400939A权利要求书1/1页1.一种生物质掺氮多孔碳氧还原催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）制备生物质碳材料：将螺旋藻溶于碳酸钾溶液中，并在室温条件下搅拌10~15h，然后在80℃下干燥，干燥后将固体研磨，后置于管式炉中并在氮气保护下热解，降温后得到黑色固体；再将黑色固体研磨后置于1mol/L的盐酸溶液浸泡10~15h，然后抽滤并用去离子水洗至中性后干燥，干燥后即得到黑色的生物质碳材料；（2）原料混合：将步骤（1）得到的生物质碳材料和g-C3N4研磨混合，后置于无水乙醇中超声溶解1h，然后再搅拌4h，干燥后研磨得到灰色混合粉末；（3）制备多孔碳氧还原催化剂：将步骤（2）得到的灰色混合粉末置于管式炉中，在氮气保护下，以5℃/min的升温速率升温至800~1000℃，然后保温2h，待管式炉冷却后将制备得到的黑色产物进行研磨，研磨后即得到多孔碳氧还原催化剂。2.根据权利要求1所述的一种生物质掺氮多孔碳氧还原催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中碳酸钾溶液的浓度为200g/L；并且螺旋藻的质量与碳酸钾溶液的体积比为10g：100mL。3.根据权利要求1所述的一种生物质掺氮多孔碳氧还原催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（2）中生物质碳材料和g-C3N4的质量比为1:1~5。2CN110400939A说明书1/5页一种生物质掺氮多孔碳氧还原催化剂的制备方法技术领域[0001]本发明属于新能源锌空气电池储能电化学催化剂材料的合成技术领域，具体涉及一种生物质掺氮多孔碳氧还原催化剂的制备方法。背景技术[0002]随着化石燃料的快速消耗，清洁能源需求的日益增长，引起了人们对高效、廉价、无毒的能源转换和存储设备的高度关注。其中，锌-空气电池作为一种后锂离子电池技术，以其原材料成本低，能源消耗少，低毒，高的能量密度(理论上可达1086Whkg-1)，比锂离子电池高5~10倍，在未来能源领域具有广泛的应用前景。尽管锌-空气电池拥有高能量密度，但其大规模应用还急需解决其输出功率(<10mW/cm2)低的问题。其输出功率主要是受限于空气催化剂的催化效率，开发出高效率的空气催化剂是提高其功率密度的关键。锌-空气电池反应中主要涉及到两个重要化学过程即氧还原反应(ORR)和氧析出反应(OER)。ORR过程是限制其功率密度的重要过程之一，迄今为止，贵金属Pt的电催化剂对于ORR过程的催化效率最高，但是铂基催化剂稀缺、成本高、稳定性低，并且对CO和甲醇的耐受性差，使得及铂基催化剂很难实现大规模的应用。用地球上资源丰富的材料合成替代铂基金属催化剂用于氧还原反应(ORR)仍然面临着巨大的挑战，这对大规模发展锌空气电池至关重要。因此，近年来许多研究人员将目光投向了可用于催化氧还原反应过程的过渡金属基材料和碳基材料阳极催化剂。[0003]目前，氮原子掺杂的多孔碳材料被认为是最具前景的氧还原催化剂之一，这主要归因于其优异的催化活性、低成本以及长期稳定性等优点。将原子半径及电负性不同的杂原子引入碳基质中，掺入碳基材料中的杂原子周围碳原子的电子云密度及电负性会发生变化并且还在碳基质中额外增加氮原子相关的活性位点，这将有利于氧气分子的吸附并且进一步削弱氧气分子的键能，从而有利于氧还原反应的进行。生物质材料由于其在自然界中储