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一种硫掺杂碳氧还原电催化剂的制备方法技术

技术编号:15332779 阅读:252 留言:0更新日期:2017-05-16 20:34
本发明专利技术公开了一种硫掺杂碳氧还原电催化剂的制备方法,操作步骤:(1)将废锂亚硫酰氯电池拆卸,收集放电后电池中的硫/碳黑混合物;(2)在惰性气体中保持温度为500~1100℃进行热处理10~150分钟,冷却;(3)加入酸溶液中搅拌2~10小时,然后过滤,用水清洗滤渣至流出液呈中性,滤渣干燥至水分小于5wt%,收集即得。本发明专利技术方法得到硫掺杂碳氧还原电催化剂,该催化剂催化效果好,且制备方法简单,易于批量生产;本发明专利技术是通过回收废弃物,大大降低生产成本的同时,还有效的解决了废弃锂亚电池难回收、对环境造成污染的问题;本发明专利技术方法简单易行,经济环保,易于规模化,具有广阔的应用前景、经济效益价值和社会环保价值。

Method for preparing sulfur doped carbon oxygen reduction electrocatalyst

The invention discloses a preparation method of a sulfur doped carbon oxygen reduction electrocatalyst steps: (1) waste lithium thionyl chloride battery removable battery collection after discharge of sulfur / carbon mixture; (2) in an inert gas to maintain the temperature at 500 ~ 1100 degrees of heat treatment for 10 to 150 minutes and cooling; (3) adding acid solution and stirred for 2 to 10 hours, and then filtered water, washing the filter residue to the effluent was neutral, dry residue to water is less than 5wt%, which was collected. The method of the invention is to obtain sulfur doped carbon oxygen reduction catalysts, the catalytic effect of the catalyst, and the preparation method is simple, easy to mass production; the invention is by recycling waste, greatly reduce the production cost at the same time, can also effectively solve the waste lithium batteries to recycling, the problem of environmental pollution caused by the method of the invention; simple, economical and environmentally friendly, easy to scale, has a broad application prospect, economic value and social value of environmental protection.

【技术实现步骤摘要】
一种硫掺杂碳氧还原电催化剂的制备方法
本专利技术涉及一种电催化剂的制备方法,特别涉及一种硫掺杂碳氧还原电催化剂的制备方法。
技术介绍
燃料电池具有环境友好,运行温度低和高能源转化率等优点,被认为是人类的终极能源[Chem.Rev.2004,104,4245;新材料产业,2015,4,58]。然而阴极氧还原反应高的过电位和慢的反应动力学制约燃料电池的大规模商业化应用。铂催化剂是目前最好的氧还原反应催化剂,但铂催化剂存在成本昂贵,易受一氧化碳毒化和铂资源稀缺等缺点[J.PowerSources,2006,156,171;Electrochim.Acta,2011,56,9186]。发展低成本非贵金属催化剂替代铂催化剂是大规模商业化应用燃料电池的迫切需要。杂原子掺杂碳材料能调节碳材料的结构、电子特性和物理化学性质,有效降低氧还原过电位,甚至有些掺杂碳材料具有和铂催化剂相当或更优越的氧还原电催化活性,而且具有高稳定性和良好的抗一氧化碳性[Science.2009,323,760;NanoEnergy,2016,19,373]。硫原子掺杂碳材料,通过硫原子上孤对电子调节碳材料中sp2杂化碳的Π电子体系,能有效提高其氧还原性能【ElectrochemistryCommunications.2013,30,9;J.Mater.Chem.A,2016,4,83】。然而,目前硫掺杂碳材料制备方法具有设备要求高(如需冷冻干燥或超临界干燥装置【一种硫掺杂碳材料的制备方法,CN104860296A】)、反应时间长、原料极毒(如三聚硫氰酸【一种硫掺杂的多孔氮化碳光催化材料的制备方法,CN103861632A】)、反应步骤繁琐【一种高效制备硫掺杂空心碳球的方法,CN105293468A】、产量低、成本昂贵【一种氮、磷、硫掺杂或共掺杂碳点及其批量可控制备方法和应用,CN104987863A】等缺点,不利于硫掺杂碳材料的低成本批量化制备。公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解,而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
本专利技术旨在解决当前废锂亚硫酰氯电池回收困难的问题及硫掺杂碳燃料电池非贵金属硫掺杂碳氧还原电催化剂制备过程中存在的设备要求高、反应时间长、原料极毒、反应步骤繁琐、产量低、成本昂贵等问题,专利技术一种硫掺杂碳氧还原电催化剂的制备方法,利用放电后废锂亚硫酰氯电池制备硫掺杂碳氧还原催化剂,具有简单易行,可批量生产,经济环保的优点。为实现上述目的,本专利技术提供的技术方案如下:一种硫掺杂碳氧还原电催化剂的制备方法,包含以下操作步骤:(1)将废锂亚硫酰氯电池拆卸,收集放电后电池中的硫/碳黑混合物;(2)将步骤(1)中所得硫/碳黑混合物在惰性气体中保持温度为500~1100℃进行热处理10~150分钟,冷却;(3)将步骤(2)中冷却后所得硫/碳黑混合物加入酸溶液中搅拌2~10小时,然后过滤,用水清洗滤渣至流出液呈中性,滤渣干燥至水分小于5wt%,收集即得,即为硫掺杂碳氧还原电催化剂。优选的是,步骤(2)中所述的惰性气为氮气、氩气或氢气中一种。优选的是,步骤(2)中所述的热处理温度为700~900℃。优选的是,步骤(2)中所述的热处理时间为30~60分钟。优选的是,步骤(3)中向冷却后所得硫/碳黑混合物1g加入10~1000ml的酸溶液。优选的是,步骤(3)中所述的酸溶液为硫酸溶液、盐酸溶液、硝酸溶液或氢氟酸中的一种或一种以上混合物。优选的是,步骤(3)中所述的酸溶液浓度为1~5mol/L。优选的是,步骤(3)中所述的搅拌时间为4~8小时。上述制备所得硫掺杂碳氧还原电催化剂可用于作为燃料电池的电催化剂。与现有技术相比,本专利技术具有如下有益效果:本专利技术方法得到硫掺杂碳氧还原电催化剂,该催化剂催化效果好,且制备方法简单,易于批量生产;本专利技术是通过回收废弃物,大大降低生产成本的同时,还有效的解决了废弃锂亚电池难回收、对环境造成污染的问题;本专利技术方法简单易行,经济环保,易于规模化,具有广阔的应用前景、经济效益价值和社会环保价值。附图说明图1是本专利技术实施列1制备所得硫掺杂碳氧还原电催化剂的X射线衍射图。图2是本专利技术实施例1制备所得硫掺杂碳氧还原电催化剂的扫描电镜图。图3是本专利技术实施例1制备所得硫掺杂碳氧还原电催化剂作为氧还原电催化剂使用时的线性扫描曲线。图4是本专利技术实施例1制备所得硫掺杂碳氧还原电催化剂作为氧还原电催化剂使用时的恒电位(时间-电流)曲线。具体实施方式下面结合附图具体实施方式进行详细描述,但应当理解本专利技术的保护范围并不受具体实施方式的限制。实施例1一种硫掺杂碳氧还原电催化剂的制备方法,操作步骤如下:(1)将废锂亚硫酰氯电池(ER14250)拆卸,收集放电后电池中的硫/碳黑混合物;(2)将步骤(1)中所得硫/碳黑混合物在氮气中保持温度为800℃进行热处理30分钟,冷却;(3)将步骤(2)中冷却后所得硫/碳黑混合物1g加入100ml浓度为1mol/L盐酸溶液中搅拌6小时,然后过滤,取滤渣用去离子水洗至流出的去离子水呈中性,干燥滤渣至水分小于5wt%,收集即得样品,即为硫掺杂碳氧还原电催化剂。实施例2一种硫掺杂碳氧还原电催化剂的制备方法,操作步骤如下:(1)将废锂亚硫酰氯电池(ER14250)拆卸,收集放电后电池中的硫/碳黑混合物;(2)将步骤(1)中所得硫/碳黑混合物在氮气中保持温度为500℃进行热处理150分钟,冷却;(3)将步骤(2)中冷却后所得加入浓度为5mol/L10ml硫酸溶液中搅拌2小时,然后过滤,用去离子水清洗滤渣至流出液呈中性,所得滤渣干燥至水分小于5wt%,收集即得硫掺杂碳氧还原电催化剂。实施例3一种硫掺杂碳氧还原电催化剂的制备方法,操作步骤如下:(1)将废锂亚硫酰氯电池(ER14250)拆卸,收集放电后电池中的硫/碳黑混合物;(2)将步骤(1)中所得硫/碳黑混合物在氢气中保持温度为1100℃进行热处理10分钟,冷却;(3)将步骤(2)中冷却后所得加入浓度为3mol/L1000ml的硝酸溶液和氢氟酸混合酸溶液(3mol/L的硝酸溶液和3mol/L氢氟酸溶液体积比1:1混合)中搅拌10小时,然后过滤,用去离子水清洗滤渣至流出液呈中性,所得滤渣干燥至水分小于5wt%,收集即得硫掺杂碳氧还原电催化剂。以本专利技术实施例1制备所得样品进行X射线衍射、扫描电镜,如图1~2所示;所得样品做X射线光电子能谱分析,所得数据如表1所示:表1元素峰位置eV峰高CPS原子比%C1s284.8116487.9585.7O1s532.281612.218.62S2p163.731059.145.68由图1和表1可以看出,硫掺杂碳氧还原电催化剂在2θ=26.3°展示出尖锐明显的石墨峰,表面硫含量占总原子5.68%;由图2可以看出样品的微区形貌,硫掺杂碳氧还原电催化剂展示出碳黑的典型形貌;图3是硫掺杂碳还原电催化剂在氧气饱和的0.1mol/L氢氧化钾溶液中5mV/s扫速条件下的线性扫描曲线,图中硫掺杂碳氧还原电催化剂的氧还原起峰电位达到0.97V,十分接近目前氧还原最佳活性的商业铂碳(Pt/C)催化剂起峰电位(1.0Vvs.RHE);同时硫掺杂碳展示了明显的氧还原极限电流平本文档来自技高网
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一种硫掺杂碳氧还原电催化剂的制备方法

【技术保护点】
一种硫掺杂碳氧还原电催化剂的制备方法,其特征在于,包含以下操作步骤:(1)将废锂亚硫酰氯电池拆卸,收集放电后电池中的硫/碳黑混合物;(2)将步骤(1)中所得硫/碳黑混合物在惰性气体中保持温度为500~1100℃进行热处理10~150分钟,冷却;(3)将步骤(2)中冷却后所得硫/碳黑混合物加入酸溶液中搅拌2~10小时,然后过滤,用水清洗滤渣至流出液呈中性,滤渣干燥至水分小于5wt%,收集即得,即为硫掺杂碳氧还原电催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种硫掺杂碳氧还原电催化剂的制备方法,其特征在于,包含以下操作步骤:(1)将废锂亚硫酰氯电池拆卸,收集放电后电池中的硫/碳黑混合物;(2)将步骤(1)中所得硫/碳黑混合物在惰性气体中保持温度为500~1100℃进行热处理10~150分钟,冷却;(3)将步骤(2)中冷却后所得硫/碳黑混合物加入酸溶液中搅拌2~10小时,然后过滤,用水清洗滤渣至流出液呈中性,滤渣干燥至水分小于5wt%,收集即得,即为硫掺杂碳氧还原电催化剂。2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:步骤(2)中所述的惰性气为氮气、氩气或氢气中一种。3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:步骤(2)中所述的热处理温度为700~900℃。4.根...

【专利技术属性】
技术研发人员:朱金良马少健沈培康张伶俐张颖朦潘智毅
申请(专利权)人:广西大学
类型:发明
国别省市:广西,45

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