[发明专利]一种铂锌氮掺杂碳氧还原反应催化剂的制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种铂锌氮掺杂碳氧还原反应催化剂的制备方法，其包括以下步骤：将间苯二酚溶解于不断搅拌的乙醇、去离子水和氨水混合溶液中，先后加入甲醛、正硅酸四乙酯，反应6 h后缓慢加入锌盐与铂盐水溶液，继续搅拌后转移到烘箱进行水热反应，反应后过滤，洗涤，干燥，在氩气或者氮气氛围进行热处理后可得粉末；将中粉末分散到氢氧化钠或氢氧化钾水溶液，升温反应处理掉硅球硬模板后过滤，洗涤，干燥，在氨气氛围进行热处理后即可获得铂锌氮掺杂碳氧还原反应催化剂；本发明中的电极催化剂可用于锌空电池阴极和铝空电池阴极。

技术领域

本发明属于燃料电池阴极催化剂应用技术领域，具体涉及一种铂锌氮掺杂碳氧还原反应催化剂的制备方法与应用。

背景技术

理论上，金属空气电池拥有比锂离子电池高2～10倍的能量密度，极有可能会是下一代能源储存体系的突破口。现阶段金属空气电池在大规模产业化的阻碍之一就是其空气阴极发生的氧还原反应（oxygen reduction reaction，ORR）动力学极为缓慢，通常需要催化剂降低体系的反应能垒。贵金属铂基材料为具有高效的催化ORR活性，但其在地球上元素丰度低，在生产应用中会带来极高的成本。通过适合的手段获取低铂含量但高ORR活性的催化剂进行降本增效，有利于推动金属空气电池应用在更多实际场景的发展。

发明内容

针对现有技术中存在的一些不足，本发明提供一种铂锌氮掺杂碳氧还原反应催化剂的制备方法。该方法操作简单，耗时短，产品含铂量低且用于锌空电池和铝空电池阴极有优异的性能。

本发明所采取的技术方案是：

一种铂锌氮掺杂碳氧还原反应催化剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）将间苯二酚溶解于不断搅拌的乙醇、去离子水和氨水混合溶液中，先后加入甲醛、正硅酸四乙酯，反应6 h后缓慢加入锌盐与铂盐的水溶液，继续搅拌后转移到烘箱进行水热反应，反应后过滤，洗涤，干燥，在氩气或氮气氛围进行热处理后可得粉末；

（2）将步骤（1）中粉末分散到氢氧化钠或氢氧化钾水溶液，升温反应处理掉硅球硬模板后过滤，洗涤，干燥，在氨气氛围进行热处理后可得铂锌氮掺杂碳氧还原反应催化剂。

所述步骤（1）中锌盐为氯化锌，二水合乙酸锌，六水合硝酸锌，硝酸锌水合物，亚硫酸锌，一水合硫酸锌，七水合硫酸锌中的一种或多种；所述铂盐为四氯化铂或二氯四氨合铂中的一种或多种；

优选地，所述步骤（1）中锌盐为氯化锌；

优选地，所述步骤（1）中铂盐为二氯四氨合铂；

优选地，所述步骤（1）中水热反应的反应时间为18 h、反应温度为80℃；

优选地，所述步骤（1）中热处理具体操作为：在氩气氛围下，以10℃ min^-1的升温速率升温到600℃，并维持2 h；

优选地，所述步骤（2）中热处理具体操作为：在氨气氛围下，以10℃ min^-1的升温速率升温到900℃并维持1 h；

本发明还提供了一种铂锌氮掺杂碳氧还原反应催化剂，由上述还原反应催化剂的制备方法制备得到。

本发明的另一目的是提供一种铂锌氮掺杂碳氧还原反应催化剂在锌空电池阴极的应用；

本发明的再一目的是提供一种铂锌氮掺杂碳氧还原反应催化剂在铝空电池阴极的应用。

本发明的有益效果是：

本发明利用锌离子、铂离子易与NH₃和Cl^-共配位的特点将金属引入到硬模板二氧化硅球表面的酚醛树脂结构中，通过氩气或氮气下热处理将酚醛树脂碳化，其过程也将金属活性位点锚定碳材料结构中，在碱处理后又在氨气下热处理，进一步对氮掺杂碳材料石墨化，并确保金属以单质活性位点的形式存在，最终获得低含铂量的铂锌氮掺杂碳氧还原反应催化剂，应用在锌空电池和铝空电池阴极能获得高开路电位和高放电性能。

附图说明