[發(fā)明專利]一種電催化氧還原催化劑及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310408621.2
• 申請(qǐng)日: 2023-04-17
• 公開（公告）號(hào): CN116387541A
• 公開（公告）日: 2023-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 岳新政;雷雯;劉仲毅;易莎莎;陳景獲;李保軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 鄭州大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/90
• 分類號(hào): H01M4/90;H01M4/88
• 代理公司: 鄭州豫開專利代理事務(wù)所(普通合伙) 41131
• 代理人: 張智偉

本發(fā)明屬于電催化劑領(lǐng)域，公開一種電催化氧還原催化劑及其制備方法。所述催化劑是金屬錸以單原子形勢(shì)存在于氮摻雜碳骨架中。質(zhì)量份以g計(jì)、體積份以mL計(jì)，制備步驟如下：（1）、取高錸酸銨固體粉末0.1~0.5質(zhì)量份于30~50體積份甲醇中，加入0.2~16質(zhì)量份六水合硝酸鋅，得溶液A；（2）、取2?甲基咪唑固體粉末1~18質(zhì)量份于50~80體積份甲醇中，得溶液B；（3）、將溶液A倒入溶液B中；（4）、靜置分層，棄上清液后洗滌，真空干燥，得到前驅(qū)體；（5）、將前驅(qū)體在600~1100℃條件下焙燒2~5?h；（6）、用酸溶液刻蝕，洗滌至中性后過濾，冷凍干燥；（7）、在700~1100℃條件下焙燒2~4?h，得到本發(fā)明催化劑。本發(fā)明催化劑可以使電催化氧還原反應(yīng)時(shí)電子反應(yīng)效率大大提高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電催化劑領(lǐng)域，具體涉及一種電催化氧還原催化劑及其制備方法。

背景技術(shù)

對(duì)于鋅空電池、燃料電池等新型能量存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換技術(shù)來說，陰極發(fā)生的氧還原反應(yīng)具有遲緩的動(dòng)力學(xué)，嚴(yán)重阻礙其發(fā)展和商業(yè)應(yīng)用。因此，開發(fā)高效且穩(wěn)定性良好的氧還原電催化劑是很重要的。單原子催化劑獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)和最大的原子效率使其表現(xiàn)出優(yōu)異的電催化氧還原性能，有望成為鉑基催化劑的替代品。金屬錸作為一種5d過渡金屬，既具有能形成多種化學(xué)氧化態(tài)的活性外層電子結(jié)構(gòu)，又比3d過渡金屬更穩(wěn)定。并且錸可以與氮等非金屬元素結(jié)合形成環(huán)狀化合物，符合單原子催化劑的金屬-氮-碳結(jié)構(gòu)。沸石咪唑酸鹽框架具有獨(dú)特的三維孔隙結(jié)構(gòu)，具有巨大的碳前驅(qū)體潛力。如何合理進(jìn)行設(shè)計(jì)和改進(jìn)，將沸石咪唑酸鹽框架和金屬錸進(jìn)行結(jié)合，制備出性能優(yōu)異且穩(wěn)定性強(qiáng)的電催化劑具有理論研究意義和實(shí)際工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有儲(chǔ)能技術(shù)中陰極電化學(xué)氧還原反應(yīng)動(dòng)力學(xué)緩慢的弊端，本發(fā)明的目的在于提供一種能提高電化學(xué)氧還原反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的電催化氧還原催化劑及其制備方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：

一種電催化氧還原催化劑，所述催化劑是金屬錸以單原子形勢(shì)存在于氮摻雜碳骨架中。

一種電催化氧還原催化劑的制備方法，質(zhì)量份以g計(jì)、體積份以mL計(jì)，制備步驟如下：

（1）、取高錸酸銨固體粉末0.1~0.5質(zhì)量份于30~50體積份甲醇中攪拌使其溶解完全，繼續(xù)攪拌下加入0.2~16質(zhì)量份六水合硝酸鋅，最后再繼續(xù)攪拌，得到透明溶液A；

（2）、取2-甲基咪唑固體粉末1~18質(zhì)量份于50~80體積份甲醇中攪拌使其溶解完全，得到透明溶液B；

（3）、將步驟（1）得到的透明溶液A倒入步驟（2）得到的透明溶液B中，保持常溫?cái)嚢?0~14?h；

（4）、自然靜置直至分層，棄上清液后產(chǎn)物用甲醇離心洗滌，真空干燥，得到前驅(qū)體；

（5）、將步驟（4）得到的前驅(qū)體在氮?dú)狻鍤饣虻獨(dú)鈿錃饣旌蠚庵械娜我环N氣體保護(hù)下，600~1100?℃條件下焙燒2~5?h；

（6）、將步驟（5）焙燒后得到的產(chǎn)物用酸溶液刻蝕，洗滌至中性后過濾，冷凍干燥；

（7）、將冷凍干燥后得到的產(chǎn)物，在700~1100?℃條件下焙燒2~4?h，得到本發(fā)明催化劑。

較好地，步驟（1）中，高錸酸銨固體粉末于甲醇中攪拌20~50?min，加入六水合硝酸鋅后再繼續(xù)攪拌1~3?h。

較好地，步驟（2）中，2-甲基咪唑固體粉末于甲醇中攪拌10~30?min。

較好地，步驟（4）中，離心洗滌3-5次。

較好地，步驟（4）中，真空干燥的溫度為80~100?℃、時(shí)間為12~18?h。

較好地，步驟（4）中，氮?dú)鈿錃饣旌蠚庵械獨(dú)夂蜌錃獾捏w積比為（1~2）∶（8~9），兩者體積之和為10。

較好地，步驟（6）中，所述酸溶液為稀硫酸或稀硝酸，酸溶液的濃度為0.4~0.6?M。