[發(fā)明專利]三明治結(jié)構(gòu)MnOX/C/MnOX空心球的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710297829.6
• 申請日: 2017-04-29
• 公開（公告）號: CN107029703B
• 公開（公告）日: 2019-06-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 韓杰;李亞男;郭榮
• 申請（專利權(quán)）人: 揚(yáng)州大學(xué)
• 主分類號: B01J23/34
• 分類號: B01J23/34;B01J37/08;B01J37/16;B01J35/02
• 代理公司: 揚(yáng)州市錦江專利事務(wù)所 32106
• 代理人: 江平

三明治結(jié)構(gòu)MnO_X/C/MnO_X空心球的制備方法，涉及納米催化劑的生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。先合成PoPD空心球，在酸性條件下，加入KMnO₄于常溫下通過氧化還原得到MnO₂/PoPD/MnO₂空心球，在惰性氣體的保護(hù)下對其進(jìn)行炭化得到三明治結(jié)構(gòu)MnO_X/C/MnO_X空心球。本發(fā)明彌補(bǔ)了錳氧化物導(dǎo)電性差和活性位點(diǎn)少等缺點(diǎn)，提升了催化劑的電化學(xué)催化活性，制備出的催化劑具有大的比表面積，不需要模板可以一步合成空心球，并且催化劑催化活性高、穩(wěn)定性好，在催化領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用價值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及納米催化劑的生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近年來氧還原電催化劑一直是人們研究的焦點(diǎn)之一。過渡金屬錳氧化物儲量豐富，價格低廉，具有多種氧化物結(jié)構(gòu)，氮摻雜的碳材料具有良好的導(dǎo)電性和電催化活性，氮摻雜的碳材料與過渡金屬錳氧化物復(fù)合可以提高其電化學(xué)催化性能。

錳氧化物具有多種氧化物存在形式，其不同的形態(tài)具有不同的空間結(jié)構(gòu)和表面狀態(tài)，其中MnO₂與Mn₂O₃由于其制備簡單，熱力學(xué)穩(wěn)定性和氧還原電化學(xué)催化性能好而備受關(guān)注，但是錳氧化物為半導(dǎo)體，其導(dǎo)電性能較差，活性位點(diǎn)利用率低。碳材料具有良好的導(dǎo)電性和穩(wěn)定性，可摻雜其他元素使其結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，其中氮摻雜的碳催化劑研究報道的最為成熟，因此一些研究者認(rèn)為氮摻雜的碳材料與過渡金屬氧化物一起構(gòu)成催化活性中心。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種活性位點(diǎn)利用率高的MnO_X/C/MnO_X三明治結(jié)構(gòu)空心球催化劑的制備方法。

本發(fā)明包括以下步驟：

1）將鄰苯二胺水溶液與過硫酸銨水溶液混合反應(yīng)，得聚鄰苯二胺（PoPD）空心球；

2）超聲條件下，將聚鄰苯二胺（PoPD）空心球分散在去離子水中，經(jīng)調(diào)整混合體系的pH至1～2后，再加入KMnO₄水溶液，攪拌反應(yīng)至結(jié)束，取得固相，用去離子水及無水乙醇洗滌，經(jīng)烘干，得三明治結(jié)構(gòu)MnO₂/PoPD/MnO₂空心球；

3）將三明治結(jié)構(gòu)MnO₂/PoPD/MnO₂空心球置于坩堝中，于惰性氣體保護(hù)下煅燒，得三明治結(jié)構(gòu)MnO_X/C/MnO_X空心球。

本發(fā)明采用上述方案制備出了一種高活性、耐腐蝕性強(qiáng)的三明治結(jié)構(gòu)MnO_X/C/MnO_X空心球。首先合成PoPD空心球，在酸性條件下，加入KMnO₄于常溫下通過氧化還原得到MnO₂/PoPD/MnO₂空心球，在惰性氣體的保護(hù)下對其進(jìn)行炭化得到三明治結(jié)構(gòu)MnO_X/C/MnO_X空心球。

本發(fā)明碳材料的引入彌補(bǔ)了錳氧化物導(dǎo)電性差和活性位點(diǎn)少等缺點(diǎn)，進(jìn)一步提升了催化劑的電化學(xué)催化活性。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于制備出的催化劑具有大的比表面積，不需要模板可以一步合成空心球，并且催化劑催化活性高、穩(wěn)定性好，在催化領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用價值。

進(jìn)一步地，本發(fā)明所述步驟1）中反應(yīng)在0～5℃下進(jìn)行，反應(yīng)后取固相，以氨水、去離子水及無水乙醇洗至無色后烘干，得聚鄰苯二胺（PoPD）空心球。低溫使反應(yīng)緩慢進(jìn)行，得到空心球顆粒均一分散且尺寸分布窄。

所述鄰苯二胺水溶液中鄰苯二胺與過硫酸銨水溶液中過硫酸銨的質(zhì)量比為26∶55。該用量可保證鄰苯二胺反應(yīng)完全。