[发明专利]一种氧还原催化剂及其制备和应用

权利要求书

1.一种氧还原催化剂，其特征在于：催化剂具有三层结构的核壳结构，其核为Fe，Co，Ni金属中的一种或二种以上的合金的纳米粒子；中间层为碳包覆层；外层为剥离的石墨烯纳米片层；纳米粒子外依次包裹中间层和外层，所述中间的碳包覆层为纳米管结构。

2.如权利1所述的氧还原催化剂，其特征在于：所述核直径在1-50纳米；所述外层与中间层共价键结合。

3.如权利1所述的氧还原催化剂，其特征在于：所述的纳米管的直径在2-100纳米。

4.如权利1所述的氧还原催化剂，其特征在于：所述外层表面掺杂有N，O中的一种或二种掺杂元素，所述掺杂元素的质量浓度在0.5%-20%之间。

5.一种权利要求1-4任一所述氧还原催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

a.将铵盐，可溶性碳源，Fe、Co、Ni金属中的一种或二种以上的可溶性盐按照比例于溶剂中混合，搅拌至完全溶解后，待金属盐充分和铵盐络合后，将混合物旋转蒸发干燥，得到铵盐，碳源和金属盐的的混合物；

b.于惰性气体保护下对步骤a所得混合物进行高温处理得到碳包覆的金属纳米颗粒；

c.将步骤b所得碳包覆纳米颗粒，置于一定比例混合的硫酸和磷酸混合溶液中，冰浴条件下搅拌，再高锰酸钾加入，在冰浴条件下氧化后，过滤，烘干后于氨气气氛中处理，即得所述三层结构的核壳催化剂。

6.如权利要求5所述氧还原催化剂的制备方法，其特征在于：步骤a所述可溶性碳源为葡萄糖、蔗糖、壳聚糖、聚乙烯醇、聚乙二醇、可溶性淀粉中的一种或两者以上的混合物；所述铵盐为三聚氰胺，腈胺或者尿素中的一种或者两种以上的混合物；所述Fe、Co、Ni金属中的一种或二种以上的可溶性盐为氯化钴、氯化镍、氯化铁、硝酸钴、硝酸镍、硝酸铁、硫酸钴、硫酸镍、硫酸铁、醋酸钴、醋酸镍、醋酸铁、柠檬酸钴，柠檬酸镍、柠檬酸铁、硫酸亚铁铵、硫酸亚钴铵、硫酸亚镍铵、氟化钴、氟化镍、氟化铁中的一种或者二种以上的混合物。

7.如权利要求5所述氧还原催化剂的制备方法，其特征在于：步骤a中所述可溶性碳源和所述铵盐的摩尔比为1：10-1：100；所述Fe、Co、Ni金属中的一种或二种以上的可溶性盐的总量与铵盐的摩尔比为1：1-1：50。

8.如权利要求5所述氧还原催化剂的制备方法，其特征在于：步骤c中所述硫酸、磷酸和高锰酸钾的混合溶液中磷酸与硫酸的物质量比为10：1-1：10，所述高锰 酸钾与磷酸的物质量比为1：10-10：1，所述硫酸终质量浓度50%-98%；所述高锰酸钾与步骤b所得碳包覆纳米颗粒的质量比为1：3-10：1。

9.如权利要求5所述氧还原催化剂的制备方法，其特征在于：步骤b所述惰性气体为氦气、氩气、氮气中的一种或者二种以上的混合气；所述高温处理方式为以1-100℃/min 升温速度加热从室温至700-1200℃保温1-24小时；步骤c所述冰浴搅拌时间为1小时以上，冰浴氧化时间为1小时以上；所述氨气气氛中处理为以1-100℃/min 升温速度加热从室温至700-1000℃保温5分钟-24小时。

10.权利要求1-4任一所述催化剂的应用，其特征在于：所述催化剂为质子交换膜燃料电池、金属空气电池中空气电极的氧还原催化剂。