一种铁氮碳复合氧还原催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种铁氮碳复合氧还原催化剂的制备方法，包括如下步骤：将活性炭和氯化亚铁和氮源三者混合，得到混合物；将所述混合物在氮气气氛中碳化得到铁氮碳复合催化剂。本发明专利技术利用高比表面积的活性炭作为催化剂载体，以氯化亚铁和氮源为活性组分，在氮气气氛下碳化制备出高性能的铁氮碳复合催化剂。本发明专利技术在700

【技术实现步骤摘要】
一种铁氮碳复合氧还原催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及催化剂
，尤其涉及一种铁氮碳复合氧还原催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]金属氧气电池具有转化效率高、能量密度大和无环境污染等优点，在解决能源供应和清洁环境的全球性问题中具有广阔前景。但高昂的价格限制了其广泛应用，这其中很重要的因素是金属氧气电池中催化剂用量很大，且目前应用的都是高价格的贵金属铂(Pt)及合金催化剂。所以，采用其他价格低廉且性能优越的催化剂替代Pt催化剂成为研究热点。
[0003]目前，非贵金属催化剂中的碳载过渡金属/氮(M
‑
N
x
/C)材料(M＝Co，Fe，Ni，Mn等)受到越来越多的关注，例如中国专利CN200710157561.2中记载了一种炭载过渡金属碳氮化合物，可用下式表示，AN
x
C
y
/Z，A为第IVB、VB、VIB、VIIB和VIII族元素中的一种或两种，N为氮元素，C为碳元素，Z为炭载体，其中0<x<1，0<y<1，AN
x
C
y
于AN
x
C
y
/Z中含量为5
‑
60wt％。此碳载过渡金属/氮材料虽然具有成本低、强度高、易于成型等特点，但其活性差，催化性能差。因此，如何提高碳载过渡金属/氮催化剂的催化性能成为亟待解决的难题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种铁氮碳复合氧还原催化剂及其制备方法和应用。本专利技术提供的制备方法制备得到的铁氮碳复合氧还原催化剂具备高活性和高催化性能。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种铁氮碳复合氧还原催化剂的制备方法，包括如下步骤：
[0007](1)将活性炭、氯化亚铁和氮源混合，得到混合物；
[0008](2)将所述步骤(1)得到的混合物在氮气气氛中进行碳化，得到铁氮碳复合氧还原催化剂。
[0009]优选地，所述步骤(1)中活性炭为甘蔗渣活性炭；
[0010]所述甘蔗渣活性炭的制备方法包括如下步骤：
[0011]1)将甘蔗渣与活化剂混合，得到混合物料；
[0012]2)将所述步骤1)得到的混合物料进行活化，得到甘蔗渣活性炭。
[0013]优选地，所述步骤1)中甘蔗渣与活化剂的质量比为1：1～1：8。
[0014]优选地，所述步骤2)中活化的温度为700～1000℃；活化的时间为5min～6h。
[0015]优选地，所述步骤2)中的活化在氮气氛围中进行。
[0016]优选地，所述步骤(1)中活性炭的比表面积为1500～4500m2/g。
[0017]优选地，所述步骤(1)中活性炭、氯化亚铁和氮源的质量比为1：(1～8)：(1～4)。
[0018]优选地，所述步骤(2)中碳化的温度为700～1000℃，碳化的时间为5min～6h。
[0019]本专利技术还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的铁氮碳复合氧还原催化剂。
[0020]本专利技术还提供了上述技术方案所述铁氮碳复合氧还原催化剂在锌氧空气电池中的应用。
[0021]本专利技术提供了一种铁氮碳复合氧还原催化剂的制备方法，包括如下步骤：将活性炭、氯化亚铁和氮源混合，得到混合物；将所述混合物在氮气气氛中进行碳化，得到铁氮碳复合氧还原催化剂。本专利技术利用高比表面积的活性炭作为催化剂载体，以氯化亚铁为铁源、提供外加氮源，在氮气气氛下碳化制备出高性能的铁氮碳复合氧还原催化剂。实验结果表明，本专利技术提供的制备方法在700～1000℃碳化获得的铁氮碳复合氧还原催化剂在大于0.85V(相对于可逆氢电极)的电势区间内的电流密度明显高于商业Pt/C(20wt％)的催化剂电流密度；本专利技术提供的制备方法制备得到的铁氮碳复合氧还原催化剂组装成的锌氧空气电池的电压范围在1～1.5V之间。
附图说明
[0022]图1为实施例1制备得到的铁氮碳复合氧还原催化剂的SEM图；
[0023]图2为实施例2制备得到的铁氮碳复合氧还原催化剂的SEM图；
[0024]图3为实施例2制备得到的铁氮碳复合氧还原催化剂的TEM图；
[0025]图4为实施例3制备得到的铁氮碳复合氧还原催化剂的SEM图；
[0026]图5为实施例1～3制备得到的铁氮碳复合氧还原催化剂以及对比例1的商业Pt/C(20wt％)催化剂的RDE曲线；
[0027]图6为应用例1制备得到的锌氧空气电池的开路电压测试实物图；
[0028]图7为两个应用例1制备得到的锌氧空气电池串联驱动2.5V的LED灯的实物图。
具体实施方式
[0029]本专利技术提供了一种铁氮碳复合氧还原催化剂的制备方法，包括如下步骤：
[0030](1)将活性炭、氯化亚铁和氮源混合，得到混合物；
[0031](2)将所述步骤(1)得到的混合物在氮气气氛中进行碳化，得到铁氮碳复合氧还原催化剂。
[0032]本专利技术将活性炭、氯化亚铁和氮源混合，得到混合物。
[0033]在本专利技术中，所述活性炭优选为甘蔗渣活性炭。本专利技术通过采用甘蔗渣活性炭相比于其他活性炭能够进一步提高过渡金属的负载，从而进一步提高催化剂的催化活性。
[0034]在本专利技术中，所述甘蔗渣活性炭的制备方法优选包括如下步骤：
[0035]1)将甘蔗渣与活化剂混合，得到混合物料；
[0036]2)将所述步骤1)得到的混合物料进行活化，得到甘蔗渣活性炭。
[0037]本专利技术优选将甘蔗渣与活化剂混合，得到混合物料。
[0038]在本专利技术中，所述甘蔗渣在使用前优选进行破碎。本专利技术对所述破碎的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的破碎操作即可。
[0039]在本专利技术中，所述活化剂优选为KOH。本专利技术对所述活化剂的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。
[0040]在本专利技术中，所述甘蔗渣与活化剂的质量比优选为1：1～1：8，更优选为1：4～1：6。本专利技术通过控制甘蔗渣与活化剂的质量比能够进一步提高活化效果，从而提高甘蔗渣的比
表面积。
[0041]本专利技术对所述甘蔗渣与活化剂混合的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的制备混合物料的技术方案即可。
[0042]得到混合物料后，本专利技术优选将所述混合物料进行活化，得到甘蔗渣活性炭。
[0043]在本专利技术中，所述活化的温度优选为700～1000℃，更优选为750～950℃；所述活化的时间优选为5min～6h，更优选为0.5～2h。本专利技术通过控制活化的温度和时间能够进一步提高活化效果，从而进一步提高甘蔗渣的比表面积。
[0044]在本专利技术中，所述活化优选在氮气氛围中进行；所述氮气气氛的流速优选为10～1000mLmin本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铁氮碳复合氧还原催化剂的制备方法，包括如下步骤：(1)将活性炭、氯化亚铁和氮源混合，得到混合物；(2)将所述步骤(1)得到的混合物在氮气气氛中进行碳化，得到铁氮碳复合氧还原催化剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中活性炭为甘蔗渣活性炭；所述甘蔗渣活性炭的制备方法包括如下步骤：1)将甘蔗渣与活化剂混合，得到混合物料；2)将所述步骤1)得到的混合物料进行活化，得到甘蔗渣活性炭。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中甘蔗渣与活化剂的质量比为1：1～1：8。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中活化的温度为700～1000℃；活化的时间...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵磊，蓝兹炜，田春华，莫文浩，
申请(专利权)人：岭南师范学院，
类型：发明
国别省市：