[发明专利]一种氧还原催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种高效低成本氧还原催化剂的制备方法，其方法为：步骤一、清洗回收的玉米秸秆并切成2cm的小块；步骤二、将步骤一中制好的秸秆粉与活化剂以1：3的质量比进行混合后溶于水中搅拌24h，进行酸洗后，利用去离子水将混合物洗至PH值为7时得到具有海绵状高比表面积结构的碳材料；步骤三、将步骤二中处理好的碳材料以1:2：0.1的质量比与氮前体与钴前体进行混合后溶于水中使其达到混合均匀，进行热解；步骤四、将步骤三中的制品用3mol/L的盐酸溶液进行酸洗后利用去离子水将其洗至PH值为7时得到掺杂氮和钴元素的氧还原催化剂。有益效果：能使玉米秸秆“变废为宝”，解决污染环境的问题，使用方便、无安全隐患、来源广泛、价格低廉等优点。

技术领域

本发明涉及一种催化剂的制备方法，特别涉及一种氧还原催化剂的制备方法。

背景技术

自19世纪以来，人类社会持续消耗不可再生的化石能源，不仅造成了严重的环境污染，还导致人类即将面临一场能源危机。为了解决这些问题，急需一种无污染、可再生的绿色新能源来代替化石能源。空气燃料电池具有燃料来源低廉、产物无污染等特点，有巨大的潜力替代化石能源成为人类社会主要的能量来源。经多年研究，空气燃料电池的产电性能已有显著提高，但是仍未能普及到各种供电装置中。其原因在于，现今广泛应用于空气燃料电池阴极上的催化剂为铂碳，而铂属贵金属，不但来源稀有价格昂贵，还有催化剂易中毒等缺陷，严重限制了空气燃料电池的工业化生产。因此，急需一种可再生、产量多、成本低的高效催化剂来替代铂碳催化剂使空气燃料电池真正实现工业化应用。

目前，非贵金属掺杂的碳基氧还原催化剂成为替代传统铂碳催化剂的重要材料之一。在以往制备碳基氧还原催化剂的研究中，研究人员们采用碳纳米管、石墨烯或其它合成的高分子材料作为碳前驱体，并掺杂氮元素或过渡元素制备出氧还原催化剂。通过化学的方法制备碳纳米管、石墨烯等材料过程复杂、有污染并且价格较高。因此，碳基材料的选择能从本质上降低氧还原催化剂的成本、减少环境污染，研究出一种绿色、成本低、可再生、高效率的碳基材料至关重要。我国玉米产量占据世界第二，也是第二号的玉米消费大国。每年大量的玉米秸秆得不到合理的应用，农民不得不田间焚烧，不仅造成了雾霾等环境污染问题，也浪费了这一有价值的生物质。基于此，本专利设计一种利用玉米秸秆作为碳基材料，并可实现工业化生产制备氧还原催化剂的方法。

发明内容

本发明的主要目的是为了解决在空气燃料电池阴极上使用的铂碳催化剂来源稀有价格昂贵以及易中毒的问题；

本发明的另一个目的是为了解决大量的玉米秸秆得不到合理的应用，致使玉米秸秆在田间焚烧造成了雾霾等环境污染，并且也浪费了这一有价值的生物质的问题。

本发明为了达到上述目的、解决上述问题而提供的一种氧还原催化剂的制备方法。

本发明提供的高效低成本氧还原催化剂的制备方法，其方法如下所述：

步骤一、清洗回收的玉米秸秆并切成2cm的小块，在80℃的烘箱中进行干燥处理24h，将干燥的秸秆利用打粉机将秸秆制成粉末；

步骤二、将步骤一中制好的秸秆粉与活化剂以1：3的质量比进行混合后溶于水中搅拌24h，混合均匀的混合物置于105℃的烘箱中，直到充分去除混合物中的水分为止，之后将混合物在惰性气体中保护且在800℃的温度下进行热处理，加热速率保持在5℃/min，等炉温降到25-50℃后将混合物置入3mol/L的盐酸溶液中进行酸洗后，利用去离子水将混合物洗至pH值为7时得到具有海绵状高比表面积结构的碳材料；

步骤三、将步骤二中处理好的碳材料以1:2：0.1的质量比与氮前体与钴前体进行混合后溶于水中使其达到混合均匀，然后将混合溶液在80℃烘箱中进行干燥，将干燥后的混合物在900℃的温度以及惰性气体保护的条件下进行热解；

步骤四、将步骤三中的制品用3mol/L的盐酸溶液进行酸洗后利用去离子水将其洗至pH值为7时得到掺杂氮和钴元素的氧还原催化剂。