本发明专利技术公开了一种碳基非贵金属氧还原催化剂，目的在于解决现有的有机金属大环配合物型氧还原催化剂存在的制备过程复杂，反应条件苛刻，产率较低，生产成本依然较高，催化活性、稳定性较以铂为主的贵金属催化剂差的问题，该方法包括如下步骤：将乙炔黑加入到反应液中，搅拌、干燥，得到前驱体；将前驱体转移至管式炉内进行加热即可。本发明专利技术以氯化钴、氨气、乙炔黑、无水乙醇为原料，原料成本低，因而所制备的催化剂生产成本低，且本发明专利技术的方法操作简单，生产方便，设备投入小，能够满足实际生产的需要，适于工业化大规模生产的需要。同时，实验结果表明本发明专利技术的催化剂具有良好的氧催化还原活性，稳定性好。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种碳基非贵金属氧还原催化剂，目的在于解决现有的有机金属大环配合物型氧还原催化剂存在的制备过程复杂，反应条件苛刻，产率较低，生产成本依然较高，催化活性、稳定性较以铂为主的贵金属催化剂差的问题，该方法包括如下步骤：将乙炔黑加入到反应液中，搅拌、干燥，得到前驱体；将前驱体转移至管式炉内进行加热即可。本专利技术以氯化钴、氨气、乙炔黑、无水乙醇为原料，原料成本低，因而所制备的催化剂生产成本低，且本专利技术的方法操作简单，生产方便，设备投入小，能够满足实际生产的需要，适于工业化大规模生产的需要。同时，实验结果表明本专利技术的催化剂具有良好的氧催化还原活性，稳定性好。【专利说明】一种碳基非贵金属氧还原催化剂
本专利技术涉及材料化学领域，尤其是燃料电池催化剂领域，具体为一种碳基非贵金属氧还原催化剂。
技术介绍
质子交换膜燃料电池，简称PEMFC，具有如下优点:DPEMFC能量密度高，电池效率高；2)其电解质为固体，有效避免了对电池材料的腐蚀；3)其可在室温下运行，最高运行温度仅100°C左右，操作温度低，能够适应实际生产的需要；4)其在常温下即可启动，具有启动快捷的优点；5)其对环境友好，能够减少对环境的污染，例如以氢气作为燃料，相应的产物为水，对环境无污染。由于质子交换膜燃料电池具有上述诸多优点，因而被认为是移动动力(例如电动汽车等)的最佳电源，受到人们的广泛重视。然而自20世纪60年代，质子交换膜燃料电池诞生以来，却没有得到真正意义上的商业化推广，其中一个主要原因是由于PEMFC中氧的阴极还原反应具有反应迟缓、反应途径多样的特点。为了保证反应的顺利进行，氧还原反应需要在催化剂作用下进行。目前，性能良好的氧还原催化剂主要是以钼为主的贵金属催化剂。据估算，在燃料电池发电系统中，电堆的成本约占50%，而贵金属催化剂又占据电堆成本的50%以上(参考文献:Gang ffu, Karren L.More, Christina M.Johnston, Piotr Zelenay, Science,2011，332: 443-447)，而钼作为一种贵金属，其价格昂贵，因而采用贵金属催化剂使得燃料电池的成本难以降低，最终限制了质子交换膜燃料电池的大规模商业化应用。因此，开发具有价格低廉、催化活性好、稳定性好、耐甲醇性等优点的非贵金属氧还原催化剂，对于质子交换膜燃料电池的发展具有关键意义。自Jasinski于1964年首次报道了酞菁钴对燃料电池氧还原反应具有催化活性以来(参考文献R.Jasinski, Nat`ure, 1964, 201:1212-1213)，类似卟啉、酞菁及其衍生物的有机金属大环配合物型氧还原催化剂被认为最有可能取代以钼为主的贵金属催化剂。这类催化剂的典型制备方法为:将一定的过渡金属离子(如Co、Fe离子等)与含氮配体(如口卜啉、酞菁)在长时间回流条件下反应生成配合物，并沉积在炭黑载体上，然后在惰性气体保护下，进行热处理，从而制备出最终的催化剂。中国专利CN101069857A公开了一种卤素取代双核酞菁铁氧还原催化剂，中国专利CN101417242A公开的一种复合型非贵金属氧还原催化剂，均采用了这类方法。然而该方法也存在一定的缺点，如:其制备过程复杂，反应条件苛刻，产率较低，且卟啉、酞菁等大环化合物的价格昂贵，导致生产成本依然较高，同时制备的催化剂的催化活性、稳定性也与以钼为主的贵金属催化剂存在一定的差距。综上，有机金属大环配合物型氧还原催化剂的发现对于燃料电池的发展具有促进作用，但任然需要对该类催化剂进行进一步的改进。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的在于:针对现有的有机金属大环配合物型氧还原催化剂存在的制备过程复杂，反应条件苛刻，产率较低，生产成本依然较高，催化活性、稳定性较以钼为主的贵金属催化剂差的问题，提供一种碳基非贵金属氧还原催化剂。本专利技术以氯化钴、氨气、乙炔黑、无水乙醇为原料，原料成本低，因而所制备的催化剂生产成本低，且本专利技术的方法操作简单，生产方便，设备投入小，能够满足实际生产的需要，适于工业化大规模生产的需要。同时，实验结果表明本专利技术的催化剂具有良好的氧催化还原活性，稳定性好。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案: 一种碳基非贵金属氧还原催化剂，其特征在于，采用包括如下步骤的方法制备而成: 第一步:将氯化钴溶解于无水乙醇中，制备成反应液； 第二步:将乙炔黑加入到反应液中，混合均匀，搅拌20-60min，然后在30-80°C的真空条件下，干燥ι-1oh，得到前驱体； 第三步:将前驱体转移至管式炉内，首先通入氨气10-30min，氨气的流量为20_500mL/min，然后保持氨气流量不变，同时对管式炉内进行升温，升温至400-1000°C，恒温0.5_5h，最后自然冷却到室温，关闭氨气，即得到目标催化剂； 所述步骤一中，每升反应液中含有0.0l-1mol氯化钴； 所述步骤二中，以反应液的体积计，一升反应液中，乙炔黑的加入量为l-100g。作为优选，所述步骤一中，每升反应液中含有0.1Omol氯化钴。作为优选，所述步骤二中，以反应液的体积计，一升反应液中，乙炔黑的加入量为50go作为优选，所述步骤二中，将乙炔黑加入到反应液中，混合均匀，搅拌30min，然后在50°C的真空条件下，干燥2h，得到前驱体。作为优选，所述步骤三中，将前驱体转移至管式炉内，首先通入氨气20min，氨气的流量为50mL/min，然后保持氨气流量不变，同时对管式炉内进行升温，升温至700°C，恒温2h，最后自然冷却到室温，关闭氨气，即得到目标催化剂。 本专利技术针对前述问题，提供一种碳基非贵金属氧还原催化剂。本专利技术以氯化钴、氨气、乙炔黑、无水乙醇为原料，这些原料来源广泛、廉价易得，没有采用钼、叶啉、酞菁等价格昂贵的原料，能够显著降低催化剂的成本。同时，本专利技术的方法操作简单，制作方便，设备投入小，能够适于工业化实际生产的需要。同时，本专利技术进行了对比实验，实验结果表明，本专利技术的催化剂具有良好的氧催化还原活性，且具有较好的稳定性。【专利附图】【附图说明】本专利技术将通过例子并参照附图的方式说明，其中: 图1为实施例1制备的催化剂C0-Am-C在0.5M H2SO4溶液中的线性电位扫描曲线图。图2为实施例1制备的催化剂Co-Am-C在氧气饱和的0.5M H2SO4溶液中氧还原催化活性图。图3为钼盘电极(Φ 2mm，即钼盘电极的直径为2mm)在氧气饱和的0.5M H2SO4溶液中氧还原催化活性图。图4为实施例1制备的催化剂Co-Am-C与比较例I制备的催化剂N_C、比较例2制 备的催化剂Am-C在氧气饱和的0.5M H2SO4溶液中氧还原催化活性比较图。【具体实施方式】本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。本专利技术实施例中，所制备的氧还原催化剂，其催化性能用电化学线性电位扫描法进行表征。其中，电解液为氧气饱和的0.5M H2SO4溶液或氮气饱和的0.5M H2SO4溶液。具本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种碳基非贵金属氧还原催化剂，其特征在于，采用包括如下步骤的方法制备而成：第一步：将氯化钴溶解于无水乙醇中，制备成反应液；第二步：将乙炔黑加入到反应液中，混合均匀，搅拌20?60min，然后在30?80℃的真空条件下，干燥1?10h，得到前驱体；第三步：将前驱体转移至管式炉内，首先通入氨气10?30min，氨气的流量为20?500mL/min，然后保持氨气流量不变，同时对管式炉内进行升温，升温至400?1000℃，恒温0.5?5h，最后自然冷却到室温，关闭氨气，即得到目标催化剂；所述步骤一中，每升反应液中含有0.01?1mol氯化钴；所述步骤二中，以反应液的体积计，一升反应液中，乙炔黑的加入量为1?100g。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：司玉军，熊中平，黄生田，李敏娇，徐斌，
申请(专利权)人：四川理工学院，
类型：发明
国别省市：
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