用于氧还原反应的非贵金属催化剂的制备方法.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(10)申请公布号CNCN104117356104117356A(43)申请公布日2014.10.29(21)申请号201310148590.8(22)申请日2013.04.26(71)申请人中国科学院大连化学物理研究所地址116023辽宁省大连市中山路457号(72)发明人包信和王静汪国雄谭大力(74)专利代理机构沈阳科苑专利商标代理有限公司21002代理人马驰(51)Int.Cl.B01J23/745(2006.01)B01J21/18(2006.01)权权利要求书1页利要求书1页说明书3页说明书3页附图4页附图4页(54)发明名称用于氧还原反应的非贵金属催化剂的制备方法(57)摘要本发明公开了一种用于氧还原反应的石墨烯-空心碳纳米笼复合材料的制备方法。该方法是将柠檬酸铁铵固体粉末溶于氧化石墨烯溶液中，通过加热或冷冻干燥除去熔剂，得到固体粉末；将固体粉末置于石英舟内，然后放入装有石英管的管式炉中；通入一定流速的惰性气体，然后升高温度至600~1000℃，并保持1~5小时，冷却至室温；将得到的固体在酸溶液和60~100℃的温度下处理12~36小时，过滤水洗烘干后，得到石墨烯-空心碳纳米笼的复合材料。本方法所使用的前驱体价格低廉，制备过程简便，可实现规模化制备。CN104117356ACN1047356ACN104117356A权利要求书1/1页1.用于氧还原反应的非贵金属催化剂的制备方法，其特征在于：步骤1：将柠檬酸铁铵固体粉末溶于氧化石墨烯溶液中，通过加热或冷冻干燥除去溶剂，得到固体粉末；柠檬酸铁铵和氧化石墨烯的质量比在20:1~80:1之间；步骤2：将固体粉末置于石英舟内，然后放入装有石英管的管式炉中；步骤3：通入惰性气体，然后升高温度至600~1000°C，并保持1~5小时，冷却至室温；步骤4：将得到的固体在酸溶液和60~100°C的温度下处理12~36小时，过滤、水洗、烘干后，得到石墨烯-空心碳纳米笼的复合材料。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：氧化石墨烯水溶液的质量百分数为0.5~5%。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：装有柠檬酸铁铵和氧化石墨烯固体混合物的石英舟置于管式炉的中央。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的惰性气体包括氮气、氩气或氦气中的一种或二种以上（我们的意思是单组分气体即可），惰性气体流速在20~100mLmin-1之间。5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：热处理的升温速率是5~20°Cmin-1，从室温升温至600~1000°C。6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：酸溶液可以是高氯酸、硫酸、盐酸或硝酸，浓度在0.1~2molL-1之间。2CN104117356A说明书1/3页用于氧还原反应的非贵金属催化剂的制备方法技术领域[0001]本发明涉及一种以柠檬酸铁铵和氧化石墨烯为前驱体，通过热处理和酸处理过程制备用于氧还原反应的非贵金属催化剂的方法。背景技术[0002]低温聚合物电解质膜燃料电池和金属-空气电池在电动汽车和移动电源方面具有广阔的应用前景。其中，氧还原反应是影响电池性能的一个重要因素。目前广泛使用的铂基贵金属催化剂由于价格昂贵，很大程度上制约了燃料电池和金属-空气电池的产业化和商业化，因此非贵金属催化剂的研究已经成为相关领域的一个热点。公开报道的用于氧还原反应的非贵金属催化剂通常含有碳、氮和过渡金属(铁、钴等)，但是所采用的碳源、氮源和过渡金属化合物有所不同，制备方法也有所差异。[0003]美国专利US2012/0088187A1公开了一种铁钴基非贵金属催化剂的制备方法：首先将苯胺和导电碳粉混合，然后加入氧化剂和含过渡金属的化合物，充分混合使聚苯胺均匀地覆盖在导电碳粉表面；待减压蒸发溶剂后，将混合物在惰性气氛下加热到400~1000°C，然后进行酸处理，最后在惰性气氛中进行第二次热处理得到非贵金属催化剂。[0004]美国专利US2011/0294658A1公开了一种铁基非贵金属催化剂的制备方法：首先将含有较多微孔表面积的导电碳粉、过渡金属化合物和孔填充剂均匀混合，然后在氨气气氛和高于800°C的温度下进行热解，得到非贵金属催化剂。在热解过程中，氨气对导电碳粉刻蚀产生微孔，锚定Fe-N4活性位，使之结合在导电碳黑上。[0005]美国专利US2010/0048380A1公开了一种非贵金属催化剂的制备方法：首先将过渡金属化合物和导电碳粉均匀混合，然后加入含氮的有机化合物，与过渡金属离子形成配合物；除去溶剂后将固体混合物置于封闭的容器中加热至600~900°C，在加热过程中含氮有机化合物分解产生约2bar~100bar的压力；最后将得到的固体进行酸处理得到非贵金属催化剂。发明