[发明专利]三明治结构MnOX/C/MnOX空心球的制备方法

说明书

三明治结构MnO_X/C/MnO_X空心球的制备方法，涉及纳米催化剂的生产技术领域。先合成PoPD空心球，在酸性条件下，加入KMnO₄于常温下通过氧化还原得到MnO₂/PoPD/MnO₂空心球，在惰性气体的保护下对其进行炭化得到三明治结构MnO_X/C/MnO_X空心球。本发明弥补了锰氧化物导电性差和活性位点少等缺点，提升了催化剂的电化学催化活性，制备出的催化剂具有大的比表面积，不需要模板可以一步合成空心球，并且催化剂催化活性高、稳定性好，在催化领域有着重要的应用价值。

技术领域

本发明涉及纳米催化剂的生产技术领域。

背景技术

近年来氧还原电催化剂一直是人们研究的焦点之一。过渡金属锰氧化物储量丰富，价格低廉，具有多种氧化物结构，氮掺杂的碳材料具有良好的导电性和电催化活性，氮掺杂的碳材料与过渡金属锰氧化物复合可以提高其电化学催化性能。

锰氧化物具有多种氧化物存在形式，其不同的形态具有不同的空间结构和表面状态，其中MnO₂与Mn₂O₃由于其制备简单，热力学稳定性和氧还原电化学催化性能好而备受关注，但是锰氧化物为半导体，其导电性能较差，活性位点利用率低。碳材料具有良好的导电性和稳定性，可掺杂其他元素使其结构发生改变，其中氮掺杂的碳催化剂研究报道的最为成熟，因此一些研究者认为氮掺杂的碳材料与过渡金属氧化物一起构成催化活性中心。

发明内容

本发明的目的在于提供一种活性位点利用率高的MnO_X/C/MnO_X三明治结构空心球催化剂的制备方法。

本发明包括以下步骤：

1）将邻苯二胺水溶液与过硫酸铵水溶液混合反应，得聚邻苯二胺（PoPD）空心球；

2）超声条件下，将聚邻苯二胺（PoPD）空心球分散在去离子水中，经调整混合体系的pH至1～2后，再加入KMnO₄水溶液，搅拌反应至结束，取得固相，用去离子水及无水乙醇洗涤，经烘干，得三明治结构MnO₂/PoPD/MnO₂空心球；

3）将三明治结构MnO₂/PoPD/MnO₂空心球置于坩埚中，于惰性气体保护下煅烧，得三明治结构MnO_X/C/MnO_X空心球。

本发明采用上述方案制备出了一种高活性、耐腐蚀性强的三明治结构MnO_X/C/MnO_X空心球。首先合成PoPD空心球，在酸性条件下，加入KMnO₄于常温下通过氧化还原得到MnO₂/PoPD/MnO₂空心球，在惰性气体的保护下对其进行炭化得到三明治结构MnO_X/C/MnO_X空心球。

本发明碳材料的引入弥补了锰氧化物导电性差和活性位点少等缺点，进一步提升了催化剂的电化学催化活性。本发明的优点在于制备出的催化剂具有大的比表面积，不需要模板可以一步合成空心球，并且催化剂催化活性高、稳定性好，在催化领域有着重要的应用价值。

进一步地，本发明所述步骤1）中反应在0～5℃下进行，反应后取固相，以氨水、去离子水及无水乙醇洗至无色后烘干，得聚邻苯二胺（PoPD）空心球。低温使反应缓慢进行，得到空心球颗粒均一分散且尺寸分布窄。

所述邻苯二胺水溶液中邻苯二胺与过硫酸铵水溶液中过硫酸铵的质量比为26∶55。该用量可保证邻苯二胺反应完全。