一种具有一维分级结构碳基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CN109244489A(43)申请公布日2019.01.18(21)申请号201811044251.4(22)申请日2018.09.07(71)申请人哈尔滨工业大学地址150001黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号(72)发明人王振波周庆炎宫晓飞赵磊隋旭磊(74)专利代理机构北京慕达星云知识产权代理事务所(特殊普通合伙)11465代理人崔自京(51)Int.Cl.H01M4/90(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图2页(54)发明名称一种具有一维分级结构碳基氧还原催化剂的制备方法(57)摘要本发明公开了一种具有一维分级结构的碳基氧还原催化剂的制备方法，制备步骤如下：一、称取聚吡咯和表面活性剂，加入溶剂，超声混合均匀后，使用去离子水抽滤，真空干燥；二、称取步骤一处理过的聚吡咯和金属盐，加入甲醇溶剂，超声均匀得混合物A；三、称取2-甲基咪唑，加入甲醇溶剂，均匀混合得混合物B；四、将混合物B倒入混合物A，搅拌，静置，使用甲醇离心洗涤，真空干燥得到材料C；五、将材料C放入管式炉煅烧，得到分级结构碳基催化剂。由于聚吡咯具有一维结构，有利于电子传输，负载MOF后材料具有一维分级结构，有利于提高传质作用，提高催化活性。同时，材料具有的介孔、微孔共存的分级孔道结构也有助于提高催化剂的活性和稳定性。CN109244489ACN109244489A权利要求书1/1页1.一种具有一维分级结构碳基氧还原催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)称取聚吡咯和表面活性剂，加入到溶剂中，超声混合均匀后，使用去离子水抽滤，然后干燥；2)称取金属盐以及步骤1)处理过的聚吡咯，然后加入甲醇溶剂，超声均匀得混合物A；3)称取2-甲基咪唑，加入甲醇溶剂，均匀混合得混合物B；4)将混合物B与混合物A混合，搅拌，然后静置，使用甲醇离心洗涤，真空干燥得到材料C；5)将材料C放入管式炉煅烧，得到具有一维分级结构碳基氧还原催化剂。2.根据权利要求1所述的一种具有一维分级结构碳基氧还原催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中溶剂为去离子水、甲醇中的一种或二者混合溶液。3.根据权利要求1所述的一种具有一维分级结构碳基氧还原催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中表面活性剂为十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、乌洛托品中的一种。4.据权利要求1-3任一项所述的一种具有一维分级结构碳基氧还原催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中超声时间为2～4h。5.根据权利要求4所述的一种具有一维分级结构碳基氧还原催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤,2)中金属盐为六水合硝酸钴、六水合硝酸锌或者二者与硝酸铁、硝酸铜的混合物。6.据权利要求4所述的一种具有一维分级结构碳基氧还原催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中超声时间为2～4h。7.据权利要求1所述的一种具有一维分级结构碳基氧还原催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤4)中搅拌时间为5～30min。8.据权利要求1所述的一种具有一维分级结构碳基氧还原催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤4)中静置时间为24h。9.根据权利要求8所述的一种具有一维分级结构碳基氧还原催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤,5)中煅烧温度为700～1000℃。10.根据权利要求1所述的一种具有一维分级结构碳基氧还原催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤5)中制得的具有一维分级结构碳基氧还原催化剂为碳氮、碳氮钴或者碳氮铁。2CN109244489A说明书1/4页一种具有一维分级结构碳基氧还原催化剂的制备方法技术领域[0001]本发明涉及材料技术领域，更具体的说是涉及一种具有一维分级结构碳基氧还原催化剂的制备方法。背景技术[0002]进入21世纪以来，全球化石燃料大量消耗，由此引发的能源和环境问题成为人们面临的最主要问题，开发绿色、清洁、经济的可再生能源已迫在眉睫。质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种公认的清洁、高校的绿色能源技术，除具有能量转化效率高、环境友好之外，同时还具有室温快速启动、无电解液流失、易排水、寿命长、比功率与能量高等突出特点，是最具有潜力成为机动动力能源供应装置的燃料电池。高昂的成本是PEMFC目前无法大规模应用的最主要原因，而阴极铂催化剂的成本高达整个体系的55％，因此研制出高催化活性的非贵金属氧还原催化剂至关重要。[0003]过渡金属和氮共掺杂的碳材料被认为是最有希望替代铂催化剂的非贵金属材料。其中钴氮碳催化剂具有良好的催化活性以及优秀的稳定性，因此受到学者们的广泛关注。材料的比表面积对于其催化活性有非常重要的影响，高的比表面积和多孔结构有助于物质传输，提高催化活性。同时，氮元素的含量对于材料的氧还原活性具有至关