[发明专利]一种基于蒲公英的氧还原催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于蒲公英的氧还原催化剂及其制备方法，该氧还原催化剂的制备方法包括以下步骤：1)对蒲公英花葶进行清洗、干燥；2)对步骤1)处理过的蒲公英花葶进行低温预处理；3)对步骤2)处理过的蒲公英花葶进行化学活化；4)对步骤3)处理过的蒲公英花葶进行高温碳化、清洗和干燥。本发明以蒲公英为原料制备了一种氧还原催化剂，其具有蜂窝状结构，比表面积大，氧还原能力和Pt/C催化剂相当，催化活性大，且其制备工艺简单、安全环保。

技术领域

本发明涉及一种基于蒲公英的氧还原催化剂，具体涉及一种具有管状多孔结构的氧还原催化剂及其制备方法。

背景技术

氧还原催化反应(ORR)是燃料电池中的关键反应之一。铂(Pt)及其合金等贵金属材料是催化氧还原反应的理想催化剂，但其价格高昂、稳定性较差，制约了其发展。因此，开发廉价易得、高效稳定的非贵金属催化剂对燃料电池技术的发展具有重要意义。

研究发现，非贵金属、金属有机框架类以及过渡金属碳氮化合物经过改性或修饰后，其氧还原催化活性可与Pt/C媲美。然而，这些催化剂在制备过程需要使用大量的有毒有害试剂，会带来二次污染和处置问题。近年来有研究表明，生物质碳材料(自身便具有氮、硫、铁等原子)经过活化和高温碳化后，可以直接获得具有氮、硫、铁等原子掺杂的碳基催化剂，同时表现出良好的氧还原催化活性。天然生物质材料具有样品来源广泛、结构多元、易于获取等特点，是制备非金属碳基纳米催化剂的重要原料之一。

CN 105633424 A公开了一种基于蜘蛛丝的多孔活性碳纤维材料及应用，通过对蛛丝进行活化和高温碳化，可以得到一种具有微孔结构的活性碳纤维，但该活性碳纤维的相对比表面积较低，此外，蛛丝在获取上具有一定的难度，不易大量获取。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于蒲公英的氧还原催化剂及其制备方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种基于蒲公英的氧还原催化剂的制备方法，包括以下步骤：

1)对蒲公英花葶进行清洗、干燥；

2)将步骤1)处理过的蒲公英花葶加入高温炉中，通入保护气，以5～10℃/min的升温速率由室温升温至270～320℃，保温1～2h，再冷却至室温；

3)将步骤2)处理过的蒲公英花葶加入ZnCl₂溶液中，60～80℃活化6～12h，再取出干燥；

4)将步骤3)处理过的蒲公英花葶加入高温炉中，通入保护气，以5～10℃/min的升温速率由室温升温至500～1200℃，保温2～6h，再冷却至室温，对产物进行清洗、干燥，得到基于蒲公英的氧还原催化剂。

步骤1)所述清洗的具体操作为先用去离子水浸泡清洗20～40min，再用乙醇浸泡清洗15～30min，再用摩尔浓度0.1～1mol/L的HCl溶液浸泡清洗10～20min，最后用超纯水清洗15～30min。

步骤1)所述干燥在50～70℃下进行，干燥时间为6～12h。

步骤3)所述ZnCl₂溶液的摩尔浓度为0.1～0.3mol/L。

步骤3)所述干燥在40～60℃下进行，干燥时间为12～24h。

步骤4)所述清洗的具体操作为先用摩尔浓度0.1～1mol/L的HCl溶液清洗3～5次，再用去离子水清洗3～5次。

步骤4)所述干燥在50～110℃下进行，干燥时间为12～36h。

本发明的有益效果是：本发明以蒲公英为原料制备了一种氧还原催化剂，其具有蜂窝状结构，比表面积大，氧还原能力和Pt/C催化剂相当，催化活性大，且其制备工艺简单、安全环保。

附图说明