[发明专利]一种碳载多金属聚吡咯类氧还原催化剂及其制备方法

权利要求书

1.一种碳载多金属聚吡咯类氧还原催化剂，其特征在于，采用一种或一种以上的其他金属部分取代现有的碳载单金属聚吡咯类氧还原催化剂Co-PPy/C或Fe-PPy/C中的金属Co或Fe，得到含有两种或两种以上金属的碳载多金属聚吡咯类氧还原催化剂。其中，金属的总重量占催化剂重量的0.01-30％，各种金属的重量占催化剂中金属总重量的1-99％，催化剂中碳和聚吡咯的重量比为1000∶1-1∶1。

2.根据权利要求1所述的一种碳载多金属聚吡咯类氧还原催化剂，其特征在于，所述的其他金属选自不同于待取代的Co-PPy/C或Fe-PPy/C中的金属Co或Fe的铁、钴、镍、铜、锌、锰、铬、钒、钛、锆、钼和银中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的一种碳载多金属聚吡咯类氧还原催化剂，其特征在于，所述的碳材料为炭黑、碳纤维、碳纳米管、炭气凝胶、石墨烯或其混合物。

4.一种如权利要求1-3中任一项所述的碳载多金属聚吡咯类氧还原催化剂的制备方法，其特征在于，该方法为两步合成法，具体包括以下步骤：(1)将两种或两种以上金属的前驱体溶于溶剂中，充分搅拌后加入碳材料，分散均匀后加入吡咯，搅拌均匀后加入氧化剂，然后在搅拌的条件下聚合反应0.1-8h，反应完毕后蒸干溶剂；(2)将第一步所得产物转移至氮气或氩气保护的300-1200℃的高温环境中热处理0.1-10h即制得目标催化剂；该过程中使用的吡咯与氧化剂的摩尔比为20∶1-1∶15，吡咯的毫摩尔数与溶剂的毫升数之间的比例为1∶15-1∶120，碳材料和吡咯的重量比为1000∶1-1∶1，金属前驱体中所含的金属的重量为吡咯、碳材料和金属前驱体的总重量的0.02-13％。

5.根据权利要求4所述的一种碳载多金属聚吡咯类氧还原催化剂的制备方法，其特征在于，所述的两种或两种以上金属中至少有一种是钴或铁；所述的金属的前驱体为金属的草酸盐、醋酸盐、硝酸盐、硫酸盐或氯化物；所述的溶剂为水、异丙醇、乙醇、乙二醇或吡啶；所述的氧化剂为过硫酸铵、双氧水、三氯化铁、硝酸铁或硫酸铁。

6.根据权利要求4所述的一种碳载多金属聚吡咯类氧还原催化剂的制备方法，其特征在于，加入氧化剂的同时还可加入掺杂剂，掺杂剂的加入量为：吡咯与掺杂剂的摩尔比为1∶1-25∶1；所述的掺杂剂为苯磺酸、对甲苯磺酸、十二烷基苯磺酸、萘磺酸及其盐和衍生物。

7.一种如权利要求1-3中任一项所述的碳载多金属聚吡咯类氧还原催化剂的制备方法，其特征在于，该方法为三步合成法，具体包括以下步骤：(1)将碳材料加入到溶剂中，充分分散后加入吡咯，搅拌均匀后加入氧化剂，然后在搅拌的条件下聚合反应0.1-8h后过滤、清洗并干燥；(2)将第一步所得产物与两种或两种以上金属的前驱体加入到溶剂中，超声分散0.05-2h、搅拌0.05-3h后蒸干溶剂；(3)将第二步所得产物转移至氮气或氩气保护的300-1200℃的高温环境中热处理0.1-10h即制得目标催化剂；该过程中使用的吡咯与氧化剂的摩尔比为20∶1-1∶15，吡咯的毫摩尔数与溶剂的毫升数之间的比例为1∶15-1∶120，碳材料和吡咯的重量比为1000∶1-1∶1，金属前驱体中所含的金属的重量为吡咯、碳材料和金属前驱体的总重量的0.02-13％。

8.根据权利要求7所述的一种碳载多金属聚吡咯类氧还原催化剂的制备方法，其特征在于，所述的两种或两种以上金属中至少有一种是钴或铁；所述的金属的前驱体为金属的草酸盐、醋酸盐、硝酸盐、硫酸盐或氯化物；所述的溶剂为水、异丙醇、乙醇、乙二醇或吡啶；所述的氧化剂为过硫酸铵、双氧水、三氯化铁、硝酸铁或硫酸铁。

9.根据权利要求7所述的一种碳载多金属聚吡咯类氧还原催化剂的制备方法，其特征在于，加入氧化剂的同时还可加入掺杂剂，掺杂剂的加入量为：吡咯与掺杂剂的摩尔比为1∶1-25∶1；所述的掺杂剂为苯磺酸、对甲苯磺酸、十二烷基苯磺酸、萘磺酸及其盐和衍生物。