[发明专利]一种电催化氧还原催化剂及其制备方法

说明书

本发明属于电催化剂领域，公开一种电催化氧还原催化剂及其制备方法。所述催化剂是金属铼以单原子形势存在于氮掺杂碳骨架中。质量份以g计、体积份以mL计，制备步骤如下：（1）、取高铼酸铵固体粉末0.1~0.5质量份于30~50体积份甲醇中，加入0.2~16质量份六水合硝酸锌，得溶液A；（2）、取2‑甲基咪唑固体粉末1~18质量份于50~80体积份甲醇中，得溶液B；（3）、将溶液A倒入溶液B中；（4）、静置分层，弃上清液后洗涤，真空干燥，得到前驱体；（5）、将前驱体在600~1100℃条件下焙烧2~5 h；（6）、用酸溶液刻蚀，洗涤至中性后过滤，冷冻干燥；（7）、在700~1100℃条件下焙烧2~4 h，得到本发明催化剂。本发明催化剂可以使电催化氧还原反应时电子反应效率大大提高。

技术领域

本发明属于电催化剂领域，具体涉及一种电催化氧还原催化剂及其制备方法。

背景技术

对于锌空电池、燃料电池等新型能量存储和转换技术来说，阴极发生的氧还原反应具有迟缓的动力学，严重阻碍其发展和商业应用。因此，开发高效且稳定性良好的氧还原电催化剂是很重要的。单原子催化剂独特的电子结构和最大的原子效率使其表现出优异的电催化氧还原性能，有望成为铂基催化剂的替代品。金属铼作为一种5d过渡金属，既具有能形成多种化学氧化态的活性外层电子结构，又比3d过渡金属更稳定。并且铼可以与氮等非金属元素结合形成环状化合物，符合单原子催化剂的金属-氮-碳结构。沸石咪唑酸盐框架具有独特的三维孔隙结构，具有巨大的碳前驱体潜力。如何合理进行设计和改进，将沸石咪唑酸盐框架和金属铼进行结合，制备出性能优异且稳定性强的电催化剂具有理论研究意义和实际工业应用价值。

发明内容

为了解决现有储能技术中阴极电化学氧还原反应动力学缓慢的弊端，本发明的目的在于提供一种能提高电化学氧还原反应动力学的电催化氧还原催化剂及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种电催化氧还原催化剂，所述催化剂是金属铼以单原子形势存在于氮掺杂碳骨架中。

一种电催化氧还原催化剂的制备方法，质量份以g计、体积份以mL计，制备步骤如下：

（1）、取高铼酸铵固体粉末0.1~0.5质量份于30~50体积份甲醇中搅拌使其溶解完全，继续搅拌下加入0.2~16质量份六水合硝酸锌，最后再继续搅拌，得到透明溶液A；

（2）、取2-甲基咪唑固体粉末1~18质量份于50~80体积份甲醇中搅拌使其溶解完全，得到透明溶液B；

（3）、将步骤（1）得到的透明溶液A倒入步骤（2）得到的透明溶液B中，保持常温搅拌10~14 h；

（4）、自然静置直至分层，弃上清液后产物用甲醇离心洗涤，真空干燥，得到前驱体；

（5）、将步骤（4）得到的前驱体在氮气、氩气或氮气氢气混合气中的任一种气体保护下，600~1100 ℃条件下焙烧2~5 h；

（6）、将步骤（5）焙烧后得到的产物用酸溶液刻蚀，洗涤至中性后过滤，冷冻干燥；

（7）、将冷冻干燥后得到的产物，在700~1100 ℃条件下焙烧2~4 h，得到本发明催化剂。

较好地，步骤（1）中，高铼酸铵固体粉末于甲醇中搅拌20~50 min，加入六水合硝酸锌后再继续搅拌1~3 h。

较好地，步骤（2）中，2-甲基咪唑固体粉末于甲醇中搅拌10~30 min。

较好地，步骤（4）中，离心洗涤3-5次。

较好地，步骤（4）中，真空干燥的温度为80~100 ℃、时间为12~18 h。

较好地，步骤（4）中，氮气氢气混合气中氮气和氢气的体积比为（1~2）∶（8~9），两者体积之和为10。

较好地，步骤（6）中，所述酸溶液为稀硫酸或稀硝酸，酸溶液的浓度为0.4~0.6 M。