[發(fā)明專利]一種氮摻雜改性二氧化錳催化劑及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011551884.1
• 申請(qǐng)日: 2020-12-24
• 公開（公告）號(hào): CN112657529A
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張文龍;郭清泉;謝世磊;張敏;程發(fā)良;鄒應(yīng)亨
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué);東莞理工學(xué)院
• 主分類號(hào): B01J27/24
• 分類號(hào): B01J27/24;B01J23/34;B01J37/08
• 代理公司: 東莞恒成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44412
• 代理人: 韓丹

本發(fā)明涉及催化劑領(lǐng)域，特別是涉及一種氮摻雜改性二氧化錳催化劑的制備方法，包括如下步驟：制備MnO₂；制備氮摻雜MnO₂。本發(fā)明還提供一種氮摻雜改性二氧化錳催化劑，實(shí)現(xiàn)非金屬摻雜，不會(huì)引入其它雜質(zhì)離子，安全性高；本發(fā)明提供一種氮摻雜改性二氧化錳催化劑的制備方法，工藝簡(jiǎn)便易行，制備時(shí)間成本大大降低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及催化劑領(lǐng)域，特別是涉及一種氮摻雜改性二氧化錳催化劑及其制備方法。

背景技術(shù)

為了滿足社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，發(fā)展高效、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定的儲(chǔ)能體系對(duì)于新能源的使用至關(guān)重要。金屬-空氣電池以其高的能量密度受到了持續(xù)的關(guān)注。但由于空氣陰極緩慢的氧析出(OER)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)嚴(yán)重制約了其高效的能量轉(zhuǎn)換速率，因此需要尋找高效電催化劑加速反應(yīng)進(jìn)行。目前貴金屬催化劑如依、釕、鈀及其合金等被認(rèn)為是催化效果最好的一類氧析出催化劑，但由于貴金屬的稀缺性、昂貴的價(jià)格和差的耐久性限制了它的大規(guī)模使用。因此開發(fā)高效、廉價(jià)、儲(chǔ)量豐富的非貴金屬催化劑成為了研究的熱點(diǎn)。

MnO₂作為一種儲(chǔ)量豐富、廉價(jià)易得且環(huán)境友好的金屬氧化物，同時(shí)具備良好的氧還原(ORR)和氧析出(OER)性能，受到了廣泛的關(guān)注。但與貴金屬及其合金的催化性能相比仍然有很大的差距，因此需要對(duì)它進(jìn)行改性來進(jìn)一步提高催化性能。

目前包括摻雜和氧空位的內(nèi)在缺陷工程已經(jīng)成為改善MnO₂內(nèi)在電子結(jié)構(gòu)提高其電化學(xué)性能的重要策略。目前MnO₂摻雜多為金屬離子如Fe、Co、Ni、Au、Ag等金屬離子摻雜可以有效提高M(jìn)nO₂的導(dǎo)電性，但通常需要花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間或者經(jīng)過很多繁瑣的步驟，此類摻雜反應(yīng)一般在溶液中進(jìn)行，容易引入雜質(zhì)離子難以去除，導(dǎo)致催化劑的重現(xiàn)性很差。對(duì)于MnO₂非金屬摻雜，目前的報(bào)道還比較少，由于非金屬摻雜MnO₂研究較少，具有重要的參考意義。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種氮摻雜改性二氧化錳催化劑，實(shí)現(xiàn)非金屬摻雜，不會(huì)引入其它雜質(zhì)離子，安全性高。

本發(fā)明還提供一種氮摻雜改性二氧化錳催化劑的制備方法，工藝簡(jiǎn)便易行，制備時(shí)間成本大大降低。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種氮摻雜改性二氧化錳催化劑的制備方法，包括如下步驟：

制備MnO₂：將1.861g的過硫酸銨和1.3318g的一水硫酸錳溶于15mL去離子水中，充分?jǐn)嚢枞芙夂笾糜?0mL高溫反應(yīng)釜中反應(yīng)；用蒸餾水和乙醇反復(fù)洗滌數(shù)遍后，真空干燥過夜；

制備氮摻雜MnO₂：稱取上述步驟的一定量干燥好的MnO₂顆粒樣品研磨成粉，放置在耐高溫瓷舟中，然后放入管式爐中燒制，在燒制過程中持續(xù)通入作為氮源的混合氣體，然后以5℃/min升溫速率升至100-300℃，退火2-3h，待冷卻結(jié)束后，得到氮摻雜MnO₂。

對(duì)上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)為，在所述制備MnO₂步驟中，在所述高溫反應(yīng)釜的反應(yīng)溫度為120℃，時(shí)間為9h。

對(duì)上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)為，在所述制備MnO₂步驟中，用蒸餾水和乙醇反復(fù)洗滌數(shù)遍后在60℃下真空干燥過夜。

對(duì)上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)為，在所述制備氮摻雜MnO₂步驟中，在所述燒制過程中持續(xù)通入濃度為2％-10％的作為氮源的混合氣體。

對(duì)上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)為，所述作為氮源的混合氣體包括氨氣和氬氣。

一種氮摻雜改性二氧化錳催化劑，使用上述制備方法制得氮摻雜改性二氧化錳催化劑。

本發(fā)明的有益效果為：