[发明专利]一种硫掺杂碳氧还原电催化剂的制备方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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；Nano Energy,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【Electrochemistry Communications.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。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，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。

发明内容

本发明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，发明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，本发明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。