[发明专利]一种构建碳基多孔过渡金属催化剂的制备方法

说明书

本发明涉及电催化转化领域，具体公开了一种构建碳基多孔过渡金属催化剂的制备方法，包括以下步骤，步骤1：将过渡金属盐、表面活性剂和三聚氰胺以一定质量比进行混合研磨；步骤2：将步骤1研磨的混合物进行加热反应，然后再高温退火烧结，得到碳氮多孔过渡金属催化剂。本专利提供的技术方案仅通过将各前驱体混合后烧结就能够制备得到碳氮多孔过渡金属催化剂，简单易行，操作安全，且得到的催化剂能够在冲刷环境下保持良好的活性与稳定性，适用于电催化转化领域，易于实现工业化。

技术领域

本发明涉及电催化转化领域，具体涉及一种构建碳基多孔过渡金属催化剂的制备方法。

背景技术

自2016年国家发改委、国家能源局联合发布《能源技术革命创新行动计划(2016-2030年)》，明确提出把可再生能源制氢、氢能与燃料电池技术创新作为国家重点任务以来，使用太阳能、风能等可再生能源发电用于电解水制氢技术备受关注。氢能作为一种清洁能源，被认为是替代化石能源解决能源和环境问题的理想能源之一，目前电解水用到的催化剂都是贵金属催化剂，价格昂贵，因此对高效、廉价的非贵金属催化剂的研发是该技术能够持续发展的关键。

碳材料由于具有导电性好、耐酸碱性、比表面积大和孔径可调控等优势而被作为载体，应用于多相催化和光/电催化等领域中；传统的碳基过渡金属催化剂制备前需预先制备碳基模板，过程繁琐、耗时，并且金属原子与碳基体之间的结合力较弱，而由于电解水产生氢气形成了大量的气流或气泡，在这样的冲刷环境下，金属原子与碳基体之间很容易发生脱落，因此催化剂的活性与稳定性难以得到保证。

发明内容

本发明提供了一种构建碳基多孔过渡金属催化剂的制备方法，以解决传统的碳基过渡金属催化剂的制备工艺繁琐，且金属原子与碳基体之间容易发生脱落的问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种构建碳基多孔过渡金属催化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将过渡金属盐、表面活性剂和三聚氰胺进行混合研磨；

步骤2：将步骤1研磨的混合物进行退火烧结，烧结温度超过300℃，得到碳氮多孔过渡金属催化剂。

本技术方案的技术原理和效果在于：

1、本方案的三聚氰胺作为碳材料前驱体，在高温煅烧时，碳元素从有机碳转变为无机碳，无机碳形成的还原气氛将过渡金属盐中的金属离子还原成金属颗粒，另外由于三聚氰胺中还含有大量的氮，氮原子中孤对电子的存在，可以与金属离子进行配位，即氮原子对金属具有锚定作用，这样就使得金属高度分散，避免发生团聚。

由于氮原子对金属具有锚定作用，即在完成高温烧结后，还原的金属颗粒是“镶嵌”在碳氮载体中，因此作为电催化剂时，在电解水产生的氢气形成的大量气流或气泡的冲刷下，过渡金属也难以从载体上脱落下来，进而保持了良好的活性与稳定性。

2、本方案的表面活性剂作为三聚氰胺碳材料的辅助剂，利用表面活性剂进一步分散调控过渡金属盐前驱体，且表面活性剂作为小分子的有机物在高温过程中可以完全分解生成气体而实现造孔，得到的催化剂呈现开放多孔的结构，从而有利于暴露更多的活性位用于催化反应。

3、传统制备碳基多孔催化剂的工艺中，通常需要预先制备碳基多孔模板，这样的工艺步骤多，操作复杂，而本方案仅通过将各前驱体混合后烧结就能够制备得到碳氮多孔过渡金属催化剂，简单易行，操作安全，适用于电催化转化领域，易于实现工业化。

进一步，所述步骤1中的过渡金属盐、表面活性剂和三聚氰胺的质量比为1：(0.1～1)：(2～10)。

有益效果：这样的质量比下得到的催化剂的活性较高。

进一步，所述步骤1中的过渡金属盐为硝酸镍、硝酸钴、硝酸铜或硝酸锰中的一种。

有益效果：上述几种过渡金属盐均容易购得，适合工业化生产使用。