[发明专利]一种二氧化锰/碳纳米管复合体燃料电池阴极氧还原催化剂的制备方法

摘要

本发明公开了属于能源领域的一种二氧化锰/碳纳米管复合体燃料电池阴极氧还原催化剂的制备方法。首先对碳纳米管进行活化，然后将它与高锰酸钾混合均匀，在高压反应釜中进行水热反应，最后在氩气下煅烧，得到二氧化锰/碳纳米管复合体。将复合体作为无贵金属催化剂应用于碱性介质中的氧还原反应，表现出卓越的催化活性，并呈现近四电子转移反应。二氧化锰/碳纳米管复合体还具有较强的抗甲醇性能以及优越的长程稳定性。由于低成本和广泛的适应性，二氧化锰/碳纳米管复合体是燃料电池阴极催化剂的潜在材料之一，有望取代贵金属催化剂。本发明工艺简单，操作容易，合成的材料具有有序的介孔结构、较多的活性位点且具有优良的催化性能。

主权项

1.一种二氧化锰/碳纳米管复合体燃料电池阴极氧还原催化剂的制备方法，其特征在于浓硝酸活化碳纳米管前躯体，并采用水热法将二氧化锰负载到碳纳米管上，然后在氩气下高温煅烧，即可得到这种有效的非贵金属ORR催化剂，具体制备步骤包括：(1)活化碳纳米管的制备：1g初始的碳纳米管分散到50mL浓硝酸(质量分数68％)中，110℃下油浴回流6小时，然后用0.2微米的滤膜进行过滤，水洗至pH＝7，得到的粉末110℃干燥12小时即可制得活化的碳纳米管。(2)二氧化锰/碳纳米管复合体的制备：将不同质量的活化碳纳米管和25mL 0.05M KMnO4溶液混合均匀，然后将其转移到40mL高压反应釜中，150℃反应16小时。待其自然冷却至室温后，用去离子水和乙醇清洗，经过抽滤和干燥得到褐色粉末，即为氢氧化锰/碳纳米管复合体(MnO(OH)/碳纳米管)，最后在氩气下400℃焙烧3小时得到二氧化锰/碳纳米管复合体(MnO2/碳纳米管)。通过调节水热过程中碳纳米管的质量可以调控复合体中二氧化锰和碳纳米管比例。为了对比，我们还合成了纯二氧化锰纳米材料。