[发明专利]非贵金属催化材料负载的核壳催化剂、制备方法及其应用

权利要求书

1.一种非贵金属催化材料负载的核壳催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将制备碳氮载体催化材料的各种原始前驱体混合材料与溶剂混合制成混合液；

（2）将溶剂从步骤（1）所得的混合液中蒸发移除，并干燥固体混合物，将所得的固体混合物在高温和特定的热处理气氛下热分解，得到初步产物，再依次使用碱性溶液、乙醇水溶液洗涤多次除去杂质，并经干燥后，得到二次产物即非贵金属掺杂的碳氮载体催化材料，所述非贵金属掺杂的碳氮载体催化材料表面载有非贵金属颗粒或其氧化物；

（3）将贵金属的前驱体溶液与非贵金属掺杂的碳氮载体催化材料混合，利用贵金属的前驱体与非贵金属颗粒之间的置换反应将贵金属负载到非贵金属颗粒表面，再加入还原剂将溶液中的贵金属的前驱体与置换出来的非贵金属离子一起还原并沉积负载到非贵金属掺杂的碳氮载体催化材料表面或非贵金属颗粒表面；

或者，将非贵金属掺杂的碳氮载体催化材料直接用酸性溶液分散，使其中的非铂族的过渡金属溶解，然后加入贵金属的前驱体，再加入还原剂将溶液中的贵金属的前驱体与非贵金属离子一起还原并沉积负载到非贵金属掺杂的碳氮载体催化材料表面；

（4）将步骤（3）得到的混合物进行固液分离，以移除溶剂，并干燥；

（5）将步骤（4）得到的负载有核壳颗粒的碳氮载体催化材料置于还原性气氛中，进行高温处理，然后退火至室温；

（6）用酸性溶液洗涤或煮经步骤（5）得到的固体，移除表面多余的非贵金属元素，并多次洗涤后干燥得到催化剂产品。

2.根据权利要求1所述的非贵金属催化材料负载的核壳催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中的溶剂包括水、各类醇、各类醚、各类酮中的任意一种或其组合；在步骤（2）中，移除溶剂的方式包括低压蒸发或加热蒸发。

3.根据权利要求1所述的非贵金属催化材料负载的核壳催化剂的制备方法，其特征在于，在步骤（1）中，通过搅拌或超声振荡分散使制备碳氮载体催化材料的各种原始前驱体混合材料与溶剂充分混合，所述搅拌或超声振荡分散的时间需要0.1～72小时。

4.根据权利要求1所述的非贵金属催化材料负载的核壳催化剂的制备方法，其特征在于，在步骤（2）中，所述热分解的温度为200～1200摄氏度；所述热分解分为1～10个阶段，各段程序升温速率在0.01～50.0摄氏度/分钟；所述热处理气氛包括惰性气氛、还原性气氛。

5.根据权利要求1所述的非贵金属催化材料负载的核壳催化剂的制备方法，其特征在于，在步骤（5）中，所述高温处理的温度为100～1200摄氏度，所述高温处理分为1～10个阶段，各段程序升温速率在0.01～50.0摄氏度/分钟，各阶段处理时间为0.1～36小时；所述还原性气氛包括氢气、一氧化碳、氨气、低碳小分子碳氢化合物中的任意一种或其组合，还原性气体在气氛中的体积含量为0.05～100%。

6.根据权利要求1所述的非贵金属催化材料负载的核壳催化剂的制备方法，其特征在于，在步骤（6）中，所述酸性溶液包括各类无机酸、有机酸中的任意一种或其组合，所需的酸洗处理温度为-20～300摄氏度，酸洗处理时间为0.1～80小时，所述酸性溶液的浓度在0.1～5摩尔/升之间。

7.根据权利要求1所述的非贵金属催化材料负载的核壳催化剂的制备方法，其特征在于，在步骤（6）中，所述洗涤所需要的酸性溶液包括硫酸、硝酸、盐酸、高氯酸、乙酸中的任意一种或其组合。

8.根据权利要求1所述的非贵金属催化材料负载的核壳催化剂的制备方法，其特征在于，在步骤（2）中，在热分解之后采用浓碱溶液煮或洗涤步骤（2）所得的碳氮载体催化材料，除去催化剂结构导向剂，碱煮或洗涤温度不超过200摄氏度，时间不超过3天；再用溶剂多次洗涤，所用的溶剂包括高纯水、各类醇、各类酮中的任意一种或其组合。