[发明专利]一种氧还原反应（ORR）催化剂GPNCS及其制备方法

说明书

本发明属于电化学催化技术领域，公开一种氧还原反应(ORR)催化剂GPNCS及其制备方法。所述催化剂是富含缺陷的氮改性多孔活性炭，形貌类似于GO。制备步骤如下：将女贞果洗净、晾干后，加入水和H₃PO₄混合液中进行水热反应,抽滤、水洗、干燥；将干燥后样品与KHCO₃研磨后，在氮气气氛下高温焙烧；接着用盐酸溶液、浓硝酸处理焙烧后的样品，水洗，干燥；接着把样品加入到三聚氰胺的热水溶液中，搅拌后进行水热反应,抽滤、干燥；研磨后，在氮气气氛下焙烧，制得GPNCS。本发明制备的催化剂用于催化ORR活性很高。

技术领域

本发明属于电化学催化技术领域，具体涉及一种氧还原反应(ORR)催化剂-氮改性的多孔活性炭(GPNCS)及其制备方法。

背景技术

能源环境问题是全球面临的主要挑战，必须发展新型绿色能源、提高能源利用效率，为可持续发展服务。金属-空气电池、燃料电池是重要电化学能量转换器件，具有能量转换效率高、环境友好的优点，必将在新能源体系中发挥重要作用。

ORR是金属-空气电池、多类型燃料电池的重要正极反应，是决定上述电池能量转换效率、功率密度等性能的重要反应。催化ORR已经引起人们的广泛兴趣，制备开发ORR 催化剂已经成为研究热点。催化剂的制备成本和催化活性是影响其应用的关键问题。贵金属Pt/C催化剂虽然具有高催化活性，但储量低、成本高，催化稳定性欠佳，影响其工业化应用。

因此，开发储量高、廉价、高效、稳定的非贵金属催化剂是该领域的研究重点。炭材料有望作为贵金属Pt和Ru的替代催化剂。其中林木生物质活性炭具有原料易得、制备过程简单可控、环境友好、生产可持续的特点，有望用于绿色能源技术，是ORR 催化剂的研究重点。

发明内容

针对上述现状，本发明的目的在于提供一种ORR催化剂GPNCS及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：一种氧还原反应(ORR)催化剂，所述催化剂为富含缺陷的氮改性的多孔活性炭(GPNCS)，形貌类似于GO；以女贞果为原料，H₃PO₄存在下水热反应后，与KHCO₃研磨无氧环境中焙烧，盐酸、浓硝酸处理后，再和三聚氰胺水热反应，干燥研磨，无氧环境下焙烧后得到。

一种所述的氧还原反应(ORR)催化剂的制备方法，步骤如下：

(1)、将女贞果洗净、晾干后，加入水和H₃PO₄混合液中，水热，抽滤、水洗、干燥；

(2)、将(1)干燥后样品与KHCO₃研磨，在无氧气氛下高温焙烧；

(3)、用盐酸溶液、浓硝酸处理(2)步样品，水洗、乙醇洗，干燥；

(4)、把样品碳加入到三聚氰胺的热水溶液中，搅拌后进行水热反应,抽滤、干燥；

(5)、研磨(4)步干燥后样品，在无氧气氛下焙烧，制得GPNCS。

步骤(1)中，以体积比计，H₃PO₄∶H₂O＝1∶8.5～9.5；水热温度为175～185℃度，水热时间保持29～31h。

步骤(2)中，以质量比计，水热后样品∶KHCO₃＝1∶3.98～4.03，焙烧气氛为氮气，升温速率为4.8～5.2℃·min^-1，焙烧温度为890～910℃，焙烧时间为2.9～3.1h。

步骤(3)中，以体积比计，浓HCl∶水＝1∶1，HCl处理时间为5.8～6.1h；所述浓硝酸为质量百分比浓度63～66％，处理时间为30～60min；