[发明专利]一种生物质制备氧还原催化剂的方法及产品

权利要求书

1.一种生物质制备氧还原催化剂的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1将生物质与过渡金属盐溶液一混合冻干后得到混合物一，所述过渡金属盐溶液一与生物质的混合比为1ml/g~100ml/g，过渡金属盐溶液一的浓度为0.05mol/L~0.2mol/L；

S2将混合物一在惰性气氛下进行第一热解获得石墨碳层包裹过渡金属纳米颗粒的核壳式结构材料，其中第一热解的温度为700℃~1000℃，升温速率为2℃/min~50℃/min，热解时间为30min~300min，所述石墨碳为介孔石墨碳；

S3将所述核壳式结构材料分散在易挥发的有机溶剂中，并加入含氮有机物与过渡金属盐溶液二，混合并干燥得到混合物二；

S4将混合物二在惰性气氛下进行第二热解以使两种过渡金属在高温下熔融形成双金属合金纳米颗粒，使含氮有机物在所述核壳式结构材料表面生长出含氮碳纳米纤维，并经洗涤、过滤和干燥后得到所述的氧还原催化剂，该氧还原催化剂为具有海胆状微观物理结构的包覆双金属合金纳米颗粒的含氮碳材料，所述第二热解的温度为700℃~1000℃，升温速率为2℃/min~50℃/min，热解时间为30min~300min。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，所述生物质为栗壳、油桐壳、竹子、麦秆、谷壳中的一种或多种，生物质的粒径为40目~120目。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，过渡金属盐溶液一的阳离子为铁、钴或镍，阴离子为氯离子、硫酸根离子、硝酸根离子或有机酸根离子；所述有机酸根离子为柠檬酸根离子、草酸根离子或醋酸根离子。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，采用浸渍法将生物质与过渡金属盐溶液一充分混合，浸渍时过渡金属盐溶液一与生物质的混合比为5ml/g~50ml/g；步骤S1中，在零下55℃~零下30℃真空冻干。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2和S4中，第一热解和第二热解均在固体床反应器内进行。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2和S4中，所述惰性气氛为氩气、氦气、氮气中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中，易挥发有机溶剂与核壳式结构材料的添加比为50ml/g~200ml/g；所述混合并干燥具体采用如下工艺进行：利用旋转搅拌仪在室温下搅拌5h~24h使易挥发有机溶剂与核壳式结构材料混合均匀，并在55℃~105℃下干燥。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤S3中，易挥发有机溶剂与核壳式结构材料的添加比为100ml/g。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中，含氮有机物为三聚氰胺、双氰胺、缩二脲、碳酰胺中的一种或多种；含氮有机物与核壳式结构材料的混合质量比为1:0.05~1:20；过渡金属盐溶液二与含氮有机物的混合比为1ml/g~100ml/g，所述过渡金属盐溶液二的浓度为0.05mol/L~0.2mol/L；步骤S3中，过渡金属盐溶液二的阳离子为铁、钴、镍、铜、锰或锌，阴离子为氯离子、硫酸根离子、硝酸根离子或有机酸根离子。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述含氮有机物与核壳式结构材料的混合质量比为1:0.1~1:2；过渡金属盐溶液二与含氮有机物的混合比为5ml/g~50ml/g。

11.根据权利要求1-10任一项所述的方法，其特征在于，步骤S4中，所述洗涤具体采用如下工艺进行：首先利用酸洗涤6h~24h，再利用有机溶剂冲洗多遍。

12.一种利用生物质制备的氧还原催化剂，其特征在于，采用如权利要求1-11任一项所述的方法制备得到。