一种基于木质纤维素类生物质碳的氧还原电催化剂的制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种基于木质纤维素类生物质碳的氧还原电催化剂的制备方法及其应用。包括水热预处理、高温热反应、酸洗三个步骤，以富含木质纤维素的农业废弃物作为原料，所得的石墨化碳催化剂具有丰富的微孔结构、超大的比表面积、优异的氧还原电催化性能，将其组装得到的锌空气电池具有较高的功率密度和优异的放电性能。本发明专利技术不仅使得废弃生物质资源化，而且制备过程无毒无害、成本低廉、操作简单易工业化生产，具有较好的经济效益和广阔的工业应用前景。

Preparation and application of electrocatalyst for oxygen reduction based on lignocellulosic biomass carbon

The invention discloses a preparation method and application of an oxygen reduction electrocatalyst based on lignocellulosic biomass carbon. It consists of three steps: Hydrothermal pretreatment, high temperature thermal reaction and acid pickling. The graphitized carbon catalyst, which is made of agricultural waste rich in lignocellulose, has rich microporous structure, large specific surface area and excellent electrocatalytic performance for oxygen reduction. The assembled zinc air battery has high power density and excellent discharge performance. The invention not only makes the waste biomass resource, but also has the advantages of non-toxic and harmless preparation process, low cost, simple operation and easy industrial production, good economic benefit and broad industrial application prospect.

【技术实现步骤摘要】
一种基于木质纤维素类生物质碳的氧还原电催化剂的制备方法及应用
本专利技术涉及一种基于木质纤维素类生物质碳的氧还原电催化剂的制备方法及其应用，属于电催化

技术介绍
近年来，由于全球气候变化以及对能源的需求不断地增长，科学界和产业界逐渐将关注点转向可再生能源和储能器件的探索。锌空气电池作为一种储能器件，因其理论比能量高（1086Wh/kg）、锌价格低廉且环境友好等优点备受青睐。其中，阴极电催化剂是锌空气电池的核心组成部分，直接决定其使用性能与价值。目前商用的阴极氧还原催化剂主要是贵金属铂，其催化性能良好，但贵金属储量稀缺、价格昂贵。因此，为了进一步推动锌空气电池的大规模发展与应用，开发价格低廉且催化性能优良的氧还原电催化剂尤为重要。多孔碳材料作为氧还原催化剂的一种，普遍具有高比表面积、高孔隙率、可控孔径、优良稳定性能的特点，在电催化
颇具应用前景。然而，目前大部分的多孔碳材料的制备过程比较复杂、制备原料成本较高，在一定程度上限制了其工业化生产与应用。我国每年有大量的农业废弃物，且绝大多数的废弃生物质富含木质纤维素，以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于木质纤维素类生物质碳的氧还原电催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：/n（1）水热预处理：将粉碎洗尘烘干后的木质纤维素类生物质置于聚四氟乙烯反应釜中，按照固液比为1：50-150加入去离子水，控制反应温度为80-200 ℃反应12-24 h，反应结束后进行固液分离，再用去离子水洗3次，烘干；/n（2）高温热解反应：取步骤（1）所得固体样品，加入过渡金属盐和含氮物质，充分混合均匀后，将其置于管式炉中，在惰性气体保护下进行高温热解反应；/n（3）酸洗：向步骤（2）得到的固体产物中加入过量酸溶液，搅拌0.5-1 h，然后进行固液分离，并用去离子水洗涤固体产物至中性，烘干，即得到氮掺...

【技术特征摘要】
1.一种基于木质纤维素类生物质碳的氧还原电催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）水热预处理：将粉碎洗尘烘干后的木质纤维素类生物质置于聚四氟乙烯反应釜中，按照固液比为1：50-150加入去离子水，控制反应温度为80-200℃反应12-24h，反应结束后进行固液分离，再用去离子水洗3次，烘干；
（2）高温热解反应：取步骤（1）所得固体样品，加入过渡金属盐和含氮物质，充分混合均匀后，将其置于管式炉中，在惰性气体保护下进行高温热解反应；
（3）酸洗：向步骤（2）得到的固体产物中加入过量酸溶液，搅拌0.5-1h，然后进行固液分离，并用去离子水洗涤固体产物至中性，烘干，即得到氮掺杂石墨化多孔碳氧还原电催化剂。


2.根据权利要求1所述的基于木质纤维素类生物质碳的氧还原电催化剂的制备方法，其特征在于：步骤（1）中的木质纤维素类生物质选自小麦秸秆、玉米秸秆、水稻秸秆、玉米芯、甘蔗渣中的一种；水热预处理过程中，木质纤维素类生物质中纤维素和半纤维素在高温下发生部分降解，形成疏松的孔道结构。


3.根据权利要求1所述的基于木质纤维素类生物质碳的氧还原电催化剂的制备方法，其特征在于：步骤（2）中的过渡金属盐...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝晓琼，郝晓刚，蒋仲庆，田小宁，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西;14