[發明專利]一種復合碳纖維載金屬催化劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201410129995.1
• 申請日: 2014-04-01
• 公開（公告）號: CN103915633A
• 公開（公告）日: 2014-07-09
• 發明（設計）人: 王超楠;張永明;袁望章;李虹;陳曉紅
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H01M4/90
• 分類號: H01M4/90
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 林君如

1.一種復合碳纖維載金屬催化劑，其特征在于，以碳纖維為載體，負載過渡金屬或過渡金屬氧化物，經高溫催化得到石墨化更高的復合碳纖維材料，再負載金屬催化劑，碳纖維與負載的過渡金屬或過渡金屬氧化物、金屬催化劑的質量比為100∶0.0001-50∶0.01-90。

2.根據權利要求1所述的一種復合碳纖維載金屬催化劑，其特征在于，所述的碳纖維與負載的過渡金屬或過渡金屬氧化物、金屬催化劑的質量比優選100∶0.1-5∶10-60；

所述的碳纖維包括靜紡、濕紡或者熔融紡絲所得的碳納米纖維、碳纖維、多孔碳納米纖維，或者含有單臂碳納米管、多臂碳納米管、石墨烯納米片、石墨烯納米帶、介孔碳、石墨烯納米球等石墨化模板基添加劑的碳纖維；

所述的過渡金屬為鐵、鈷、鎳、銅或銀；

所述的過渡金屬氧化物為二氧化錳、氧化鐵、氧化鈷或氧化鎳的過渡金屬氧化物中一種或幾種；

所述的金屬催化劑為過渡金屬、鑭系金屬或錒系金屬中的單一金屬、金屬合金、金屬氧化物、金屬鹽中的一種或幾種。

3.根據權利要求1或2所述的一種復合碳纖維載金屬催化劑，其特征在于，所述的過渡金屬或過渡金屬氧化物為顆粒狀、纖毛狀或粉末狀結構，粒徑為0.1-100nm，優選1-10nm。

4.根據權利要求1或2所述的一種復合碳纖維載金屬催化劑，其特征在于，所述的碳纖維為納米級別的碳纖維或微米級別的碳纖維。

5.根據權利要求4所述的一種復合碳纖維載金屬催化劑，其特征在于，還可以采用碳管、石墨烯替代碳纖維。

6.如權利要求1-5中任一項所述的復合碳纖維載金屬催化劑的制備方法，其特征在于，該方法采用以下步驟：

(1)將碳纖維材料溶于去過渡金屬鹽的酸性溶液中形成0.05～2wt％的碳材料/過渡金屬鹽混合分散液，攪拌均勻后抽濾并烘干；

(2)烘干的材料于管式爐中，控制溫度為400-2800℃高溫催化0.1-6h，得到經過渡金屬或其氧化物催化石墨化的碳纖維材料；

(3)取石墨化的碳纖維材料溶于去離子水中得到濃度0.1-2wt％的碳纖維材料分散液，加入金屬前驅體攪拌形成均勻分散液，用0.5-4M氫氧化鉀水溶液調節pH值為9-13，加入還原劑進行還原，最后經過濾得到復合碳纖維載金屬催化劑。

7.根據權利要求6所述的復合碳纖維載金屬催化劑的制備方法，其特征在于，步驟(1)中過渡金屬鹽的酸性溶液的濃度為0.01-5M，攪拌的溫度為20-100℃，時間為0.1-10h。

8.根據權利要求6所述的復合碳纖維載金屬催化劑的制備方法，其特征在于，步驟(2)中的高溫催化過程中，升溫速率為1-30℃/min，優選1-10℃/min；碳化溫度優選600-2200℃。

9.根據權利要求6所述的復合碳纖維載金屬催化劑的制備方法，其特征在于，步驟(3)中所述的還原劑為硼氫化鈉、甲醇或乙二醇，還原反應的溫度為10-180℃。

10.如權利要求1-5中任一項所述的復合碳纖維載金屬催化劑在鋰離子電池、超級電容器、儲氫材料中的應用。