[发明专利]一种炭凝胶催化剂及其应用

权利要求书

1.一种炭凝胶催化剂，其特征在于：所述炭凝胶以间苯二酚、甲醛和金属盐为原料，采用如下过程制备获得，

(1)将间苯二酚和溶剂按0.1～10ml溶剂/1g间苯二酚的比例，搅拌混合溶解均匀，得到透明溶液A；

(2)将可溶性金属盐加入到上述溶液A中，搅拌混合均匀，得到溶液B，其中间苯二酚与金属盐中金属原子的摩尔比为10∶1～1500∶1；

(3)按间苯二酚与甲醛摩尔比1∶1～4∶1的比例，向搅拌中的溶液B中滴加质量浓度为20-40％甲醛溶液，搅拌混合均匀，在20～100℃密封环境中持续搅拌直至反应形成凝胶C；

(4)将凝胶C干燥老化处理3～12天，取出后粉碎研磨，得到固体粉末D；

(5)将固体粉末D于600～1200℃氮化气氛中碳化氮化处理1～10小时，惰性气体吹扫至室温；采用0.5～5M酸溶液洗除未反应的金属盐，干燥后即得本发明的炭凝胶催化剂。

2.按照权利要求1所述的催化剂，其特征在于：所述金属盐为IVB、VB、VIB、VIIB、VIII、IB和IIB族中的一种或多种金属元素的可溶性盐。

3.按照权利要求2所述的催化剂，其特征在于：所述可溶性金属盐为金属的硝酸盐、碳酸盐、硫酸盐、醋酸盐、卤化物、二亚硝基二胺盐、乙酰丙酮化物、或大环络合物卟啉、酞箐及其聚合物中的一种或多种可共溶性盐。

4.按照权利要求2所述的催化剂，其特征在于：所述金属元素为Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ir、V、Cr、Mn、Zr、W中的一种或多种。

5.按照权利要求1所述的催化剂，其特征在于：所述间苯二酚与甲醛的摩尔比为2∶1，间苯二酚与金属盐的摩尔比为10∶1～500∶1，金属有机凝胶的碳化氮化处理温度为600～1000℃。

6.按照权利要求1所述的催化剂，其特征在于：所述酸为硝酸、盐酸或硫酸；氮化气氛为NH₃/N₂、NH3、CH₃CN或HCN气氛。

7.按照权利要求1所述的催化剂，其特征在于：所述密封持续搅拌过程可以通过添加0.5～30ml质量浓度为1～28％的氨水，加速成胶。

8.按照权利要求1所述的催化剂，其特征在于：所述干燥老化方法可为CO₂超临界干燥，CO₂超临界干燥条件40～55℃、11～16Mpa，可得气凝胶；真空干燥，真空干燥条件50～90℃、-0.1～-0.09Mpa，可得干凝胶；或冷冻干燥，冷冻干燥条件温度低于溶剂凝点、常压，可得冻凝胶。

9.按照权利要求1所述的催化剂，其特征在于：配制溶液A时，所述溶剂为水的搅拌环境温度为20～80℃，溶剂为乙醇的搅拌环境温度为20～78℃，溶剂为异丙醇的搅拌环境温度为20～82℃，溶剂为乙二醇的搅拌环境温度为60～100℃；乙醇和异丙醇具有较好的分散性，使反应物分散均匀，乙二醇适用于较高的温度环境。

10.一种权利要求1所述催化剂在质子交换膜燃料电池或碱性膜燃料电池中的应用。