[發明專利]一種碳基電催化劑及其制備方法

有效

• 申請號: 202010946443.5
• 申請日: 2020-09-10
• 公開（公告）號: CN112138664B
• 公開（公告）日: 2022-12-20
• 發明（設計）人: 徐常威;屈俊任;潘國亮;黃舒平;吳凱燕;李巧賢
• 申請（專利權）人: 廣州大學
• 主分類號: B01J23/75
• 分類號: B01J23/75;B01J23/825;B01J23/883;B01J23/889;B01J35/00;B01J35/10;B01J37/00;B01J37/08;B01J37/10;C01B32/324;C01B32/342;C01B32/354;C25B11/091
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 齊鍵

本發明公開了一種碳基電催化劑及其制備方法。本發明的碳基電催化劑的制備方法包括以下步驟：1)將植物殼粉碎，得到植物殼顆粒；2)將植物殼顆粒、亞氯酸鈉、表面活性劑和水混合后進行水熱反應，得到水熱活化植物殼顆粒；3)將水熱活化植物殼顆粒、碳酸氫鉀、堿式碳酸銅、碳酸鈣和溶劑混合后進行球磨，再置于二氧化碳氣氛中進行碳化，再浸入酸溶液中進行浸泡，得到植物殼衍生碳材料；4)將植物殼衍生碳材料浸入金屬鹽溶液中進行浸泡，再置于含雜原子摻雜劑的氣氛中進行碳化。本發明的碳基電催化劑的比表面積大，具有不同層次的孔洞結構，且通過不同雜原子的摻雜可以匹配不同種類的電催化反應。

技術領域

本發明涉及電催化技術領域，具體涉及一種碳基電催化劑及其制備方法。

背景技術

在自然界中存在著大量殼類，可以分為動物殼類和植物殼類。動物殼類的碳酸鈣或幾丁質含量較高，一般用于生產碳酸鈣或殼聚糖。植物殼類則含有大量的碳水化合物、少量的氨基酸和其他植物成分，即含有大量的碳、氫、氧元素，少量的氮、硫、磷等元素。

植物果實、種子的外殼往往不被人們所食用、利用，對于相對較為堅硬的果實、種子外殼，現有的處理手段一般為填埋或者焚燒，其潛在的應用價值未得到有效的開發，浪費了資源。近年來，鑒于植物殼類具有產量大、來源廣泛、可再生、價格低廉等優點，且含有大量的碳元素和雜原子，其被用于制備碳基材料。然而，由于植物殼類的成分和結構較為獨特，往往表現出較為堅硬的物理屬性，且比表面積較小，通過傳統技術手段直接碳化得到的碳材料或電催化劑的比表面積也較小，電催化效果較差，難以滿足實際需求，應用受到了很大的限制。因此，需要將植物殼類制備成比表面積更大、電催化效果更好的碳基電催化劑。

發明內容

本發明的目的之一在于提供一種碳基電催化劑。

本發明的目的之二在于提供上述碳基電催化劑的制備方法。

本發明所采取的技術方案是：

一種碳基電催化劑的制備方法包括以下步驟：

1)將植物殼粉碎，得到植物殼顆粒；

2)將植物殼顆粒、亞氯酸鈉、表面活性劑和水混合后進行水熱反應，得到水熱活化植物殼顆粒；

3)將水熱活化植物殼顆粒、碳酸氫鉀、堿式碳酸銅、碳酸鈣和溶劑混合后進行球磨，再置于二氧化碳氣氛中進行碳化，再浸入酸溶液中進行浸泡，得到植物殼衍生碳材料；

4)將植物殼衍生碳材料浸入金屬鹽溶液中進行浸泡，再置于含雜原子摻雜劑的氣氛中進行碳化，即得碳基電催化劑。

優選的，一種碳基電催化劑的制備方法包括以下步驟：

1)將植物殼洗凈、干燥、粉碎和過篩，得到植物殼顆粒；

2)將植物殼顆粒、亞氯酸鈉、表面活性劑和水混合后升溫至150℃～250℃進行水熱反應，再分離出固體產物，進行水洗、干燥、粉碎和過篩，得到水熱活化植物殼顆粒；

3)將水熱活化植物殼顆粒、碳酸氫鉀、堿式碳酸銅、碳酸鈣和溶劑混合后進行球磨，再進行干燥后置于二氧化碳氣氛中以10℃/min～20℃/min的速率升溫至700℃～1000℃進行碳化，冷卻至室溫后再浸入酸溶液中進行浸泡，再分離出固體產物，進行水洗和干燥，得到植物殼衍生碳材料；

4)將植物殼衍生碳材料浸入金屬鹽溶液中進行浸泡，再分離出固體產物，進行干燥和研磨，再置于含雜原子摻雜劑的氣氛中升溫至600℃～900℃進行碳化，冷卻至室溫后用乙醇和水洗滌，干燥，即得碳基電催化劑。

優選的，步驟1)所述植物殼為荔枝殼、龍眼殼、山竹殼、葵花籽殼、花生殼中的至少一種。

優選的，步驟1)所述過篩為過100目篩。