[發明專利]一種自支撐M-N/C氧還原催化劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110450316.0
• 申請日: 2021-04-25
• 公開（公告）號: CN113206260B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 胡文;王小芬;楊如森;趙月;趙克奇;王悅
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M4/90
• 代理公司: 西安嘉思特知識產權代理事務所(普通合伙) 61230
• 代理人: 劉長春

1.一種自支撐M-N/C氧還原催化劑的制備方法，其特征在于，包括：

S1：將預定比例的聚丙烯腈和醋酸纖維素溶解于N,N-二甲基甲酰胺溶劑中形成紡絲溶液，對所述紡絲溶液進行靜電紡絲，得到聚丙烯腈/醋酸纖維素復合纖維膜，在苛性堿溶液中對所述聚丙烯腈/醋酸纖維素復合纖維膜進行水解并利用鹽酸羥胺進行偕胺肟化改性，獲得偕胺肟化聚丙烯腈/再生纖維素金屬螯合纖維膜；

在苛性堿溶液中對所述聚丙烯腈/醋酸纖維素復合纖維膜進行水解并利用鹽酸羥胺進行偕胺肟化改性，包括：

將所述聚丙烯腈/醋酸纖維素復合纖維膜進行干燥處理后，置于NaOH溶液中進行室溫水解，獲得聚丙烯腈/再生纖維素復合纖維膜；隨后將所述聚丙烯腈/再生纖維素復合纖維膜置于0.05-1mol/L鹽酸羥胺溶液中，加熱至50-80℃并將pH值調節為7，處理時間為0.5-8h；

S2：將所述偕胺肟化聚丙烯腈/再生纖維素金屬螯合纖維膜浸入金屬離子溶液中進行配位吸附，獲得擔載有金屬離子的偕胺肟化聚丙烯腈/再生纖維素金屬螯合纖維膜；

所述S2包括：

將所述偕胺肟化聚丙烯腈/再生纖維素金屬螯合纖維膜浸入0.005-0.5mol/L金屬離子溶液中，室溫靜置0.1-24h進行配位吸附，獲得擔載有金屬離子的偕胺肟化聚丙烯腈/再生纖維素金屬螯合纖維膜；

S3：將所述擔載有金屬離子的偕胺肟化聚丙烯腈/再生纖維素金屬螯合纖維膜進行熱解，獲得所述自支撐M-N/C氧還原催化劑，其中，M表示金屬，

所述S3包括：

將所述擔載有金屬離子的偕胺肟化聚丙烯腈/再生纖維素金屬螯合纖維膜在氮氣、氬氣或氬氣-氫氣混合氣氛下，在700-1000℃溫度下熱解0.5-5h，獲得所述自支撐M-N/C氧還原催化劑。

2.根據權利要求1所述的自支撐M-N/C氧還原催化劑的制備方法，其特征在于，在所述S1中，所述聚丙烯腈和所述醋酸纖維素的質量比為(1-10):1。

3.根據權利要求1所述的自支撐M-N/C氧還原催化劑的制備方法，其特征在于，在所述紡絲溶液中，所述聚丙烯腈和所述醋酸纖維素總的質量分數為8％-20％。

4.根據權利要求1所述的自支撐M-N/C氧還原催化劑的制備方法，其特征在于，對所述紡絲溶液進行靜電紡絲，包括：

將靜電紡絲裝置參數設置為正負極電壓差15-25kV、收絲距離15-25cm，注射器噴絲速度0.2-2mL/h，在所述靜電紡絲裝置中對所述紡絲溶液進行靜電紡絲。

5.根據權利要求1所述的自支撐M-N/C氧還原催化劑的制備方法，其特征在于，所述金屬離子溶液為硝酸鹽、醋酸鹽、乙酰丙酮鹽或氯鹽，所述金屬離子溶液中的金屬組分為Fe、Co、Ni、Mn、Cu、Zn、Cr中的一種或多種。

6.一種自支撐M-N/C氧還原催化劑，其特征在于，利用權利要求1至5中任一項所述的制備方法進行制備。

7.一種利用權利要求1至5中任一項所述制備方法制備的自支撐M-N/C氧還原催化劑在燃料電池或金屬-空氣電池中的應用。