[发明专利]一种碳载金属催化剂及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种碳载金属催化剂，其特征在于，所述碳载金属催化剂具体如下结构：在碳纤维构成的多孔碳纸片中含有金属颗粒；所述金属颗粒选自过渡金属、镧系金属、锕系金属中的单一金属、金属合金、金属氧化物、金属盐中的一种或几种的混合物；

所述碳载金属催化剂中碳与金属材料的质量比为100：0.01～100：90；

所述碳纤维的直径为50nm～1μm、孔隙率为30～80%、比表面积为5～100m²g^-1、孔体积为0.1～10 mL g^-1。

2.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述多孔碳纸片呈规则或不规则状，所述多孔碳纸片的厚度为10nm～1mm。

3.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述金属颗粒的直径为0.1～200nm，为二次负载所得。

4.权利要求1至3任一所述的催化剂的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：将1重量份聚丙烯腈以及0.01～0.5重量份金属前驱体溶于DMF或者DMAC中，聚丙烯腈浓度范围为7～20%，在30～60℃下搅拌0.5～12h；其中PAN与金属前驱体的质量比为1000：1～100：90，搅拌2-48h，进行静电纺丝，纺丝所得纤维膜置于反应炉中进行碳化得到含有初次负载金属的多孔碳纸片；取所述多孔碳纸片溶于去离子水中形成0.05～1wt%的含有初次负载金属的碳纤维分散液，在1000～2000重量份的含有初次负载金属的碳纤维分散液中加入2.66～15.93重量份的金属前驱体搅拌形成均匀分散液，使所述金属前驱体在所述均匀分散液中的载量为1～99wt%，用0.5～4M氢氧化钾水溶液调节pH值为9～13，搅拌后加入160～640重量份还原剂进行还原反应，过滤，真空干燥得到含有二次负载金属的催化剂，即所述碳载金属催化剂。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述静电纺丝所使用的电压范围为5～30KV，流速为0.05～0.4ml/h，接收距离为5～30cm。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述碳化的过程分为预氧化和碳化两个阶段，预氧化温度为200～300℃、升温速率为1～10℃/min；碳化温度为600～2200℃，升温速度为1～20℃/min。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述金属前驱体是过渡金属、镧系金属、锕系金属中的单一金属、金属合金、金属氧化物、金属盐中的一种或几种的混合物，所述多孔碳纸片与二次负载共金属质量之比为100：1～100：99。

8.根据权利要求所述的催化剂，其特征在于，所述还原剂为硼氢化钠、乙二醇或甲醇，所述还原反应的温度为10～180℃。

9.一种燃料电池，其特征在于，所述燃料电池包含权利要求1至3任一所述的碳载金属催化剂。