一种单壁碳纳米管空心球氧还原催化剂的制备方法及应用技术

本发明专利技术属于能源领域，特别涉及一种单壁碳纳米管空心球氧还原催化剂的制备方法及应用。本发明专利技术的单壁碳纳米管空心球氧还原催化剂为过渡金属与氮共掺杂的单壁碳纳米管空心球氧还原催化剂，先用硬模板法将单分散的氧化单壁碳纳米管自组装成空心球状的单壁碳纳米管球，再将单壁碳纳米管空心球与过渡金属N4环化合物进行充分混合，然后在氨气或惰性气氛下煅烧实现过渡金属和氮共掺杂，得到单壁碳纳米管空心球氧还原催化剂。该催化剂具有高效的氧还原催化性能，可应用于氢氧燃料电池、锌空气燃料电池、镁空气燃料电池以及铝空气燃料电池的空气电极催化剂。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于能源领域，特别涉及一种单壁碳纳米管空心球氧还原催化剂的制备方法及应用。
技术介绍
能源短缺和环境污染是当今社会面临的两大难题。燃料电池作为一种将化学能直接转化为电能的发电装置，具有能量密度大、转换效率高、清洁无污染的的优点，被认为是一种可持续发展的绿色清洁能源。因此，开发燃料电池成为解决能源与环境问题的重要途径之一。在燃料电池中，包括氢氧燃料电池和金属空气燃料电池，阴极氧还原催化剂是影响电池性能的关键因素。目前，燃料电池使用的阴极催化剂主要是Pt基催化剂，因为铂基催化剂具有较高氧化还原催化活性。然而，铂基催化剂仍然存在着两个问题：一是价格昂贵，资源稀缺；二是容易受有机燃料的毒化且催化剂易团聚长大而使催化剂寿命降低。因此，开发出高活性、高稳定性的非贵金属氧还原催化剂来替代昂贵的铂基催化剂对燃料电池的商品化开发应用具有重要意义。碳材料由于材料来源丰富、成本低廉，且具有良好导电性，机械性能和化学稳定性，也易于被修饰掺杂，被人们广泛地用于燃料电池催化剂载体。近年来，随着各种新型碳纳米材料(如石墨烯、碳纳米管、碳纳米角以及有序介孔碳等)的出现和开发，并用于作为氧还原催化剂的掺杂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单壁碳纳米管空心球氧还原催化剂的制备方法，所述单壁碳纳米管空心球氧还原催化剂为过渡金属与氮共掺杂的单壁碳纳米管空心球氧还原催化剂，先用硬模板法将单分散氧化单壁碳纳米管自组装成空心球状的单壁碳纳米管球，再将单壁碳纳米管空心球与过渡金属N4环化合物进行充分混合，然后在氨气或惰性气氛下煅烧实现过渡金属和氮共掺杂，得到单壁碳纳米管空心球氧还原催化剂；包括以下步骤：(1)单分散氧化单壁碳纳米管的制备；(2)空心球状的单壁碳纳米管组装体的制备；(3)过渡金属与氮共掺杂的单壁碳纳米管空心球氧还原催化剂的制备；所述的过渡金属与氮共掺杂的单壁碳纳米管空心球氧还原催化剂的制备，包括如下步骤：将过渡金属N4环化...

【技术特征摘要】
1.一种单壁碳纳米管空心球氧还原催化剂的制备方法，所述单壁碳纳米管空心球氧还原催化剂为过渡金属与氮共掺杂的单壁碳纳米管空心球氧还原催化剂，先用硬模板法将单分散氧化单壁碳纳米管自组装成空心球状的单壁碳纳米管球，再将单壁碳纳米管空心球与过渡金属N4环化合物进行充分混合，然后在氨气或惰性气氛下煅烧实现过渡金属和氮共掺杂，得到单壁碳纳米管空心球氧还原催化剂；包括以下步骤：(1)单分散氧化单壁碳纳米管的制备；(2)空心球状的单壁碳纳米管组装体的制备；(3)过渡金属与氮共掺杂的单壁碳纳米管空心球氧还原催化剂的制备；所述的过渡金属与氮共掺杂的单壁碳纳米管空心球氧还原催化剂的制备，包括如下步骤：将过渡金属N4环化合物与空心球状的单壁碳纳米管组装体以1：(0.5～4)的比例均匀混合，将混合物置于700℃-1000℃的惰性气氛下或氨气气氛下退火1～6h，得到过渡金属与氮共掺杂的单壁碳纳米管空心球，即得到单壁碳纳米管空心球氧还原催化剂。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的单分散氧化单壁碳纳米管的制备方法，包括以下步骤：将初始的单壁碳纳米管固体和高锰酸钾固体以1：(1～4)的配比一同加入到过量的浓硫酸溶液中，得到的反应混合液置于40-70℃的水浴中持续搅拌反应1-6h，将反应完的混合液用去离子水稀释后，加入过量双氧水溶液搅拌10min以上，再经过微孔滤膜过滤以及稀盐酸溶液的洗涤后，得到的固体再用去离子水通过高速离心洗涤至上层清液为中性(PH＝6-7)，然后取下层固体加去离子水充分搅拌后，进一步离心后，取上层均一、稳定的溶液，即得到单分散的氧化单壁碳纳米管水溶液。3...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴初新，官轮辉，余强敏，许交兴，张建硕，赵毅，
申请(专利权)人：中国科学院福建物质结构研究所，
类型：发明
国别省市：福建;35