[发明专利]基于植物材料的能源转换催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种能源转换催化剂的制备方法，特别涉及一种基于植物材料的能源转换催化剂的制备方法。

背景技术

能源是国民经济的基础，同时，深刻影响着人类的进步和社会的发展。在能源转换领域，铂钯钌等贵金属的大量使用，严重影响了燃料电池、金属-空气电池、太阳能电池与电化学传感器等能源转换装置的商业化发展。

例如：在燃料电池和金属-空气电池等领域，氧气的还原反应是最重要的电催化反应之一。目前，铂金以及铂基催化剂是燃料电池的传统催化剂，同时也是应用最广泛的催化剂，但其价格昂贵、储量有限、容易毒化并且长时间运行时性能损失严重，阻碍了燃料电池等相关领域的商业化进程。针对铂金以及铂基催化剂价格昂贵、储量有限、容易毒化以及长时间运行时性能损失严重等缺点，近年来利用非金属元素（例如氮、磷、硫、硼等）掺杂的碳材料以及金属元素（例如钴、铁等）、聚合物与碳材料的复合材料表现出一定的氧还原催化性能，但是制备上述催化剂成本较高，方法较为复杂且产量低，难于实现商业化生产。

因此，研究一种原料来源广泛，价格低廉，适合大规模生产并且性能优良的能源转换催化剂，成为影响燃料电池、金属-空气电池、锂离子电池、钠离子电池、太阳能电池与电化学传感器等各种能源转换装置商业化发展的重要因素。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于植物材料的能源转换催化剂的制备方法，制备的能源转换催化剂具有优良的能源转换性能，并且原料来源广泛、价格低廉、制备方法简单、适合大规模生产。

本发明的基于植物材料的能源转换催化剂的制备方法，包括以下步骤：

1）将新鲜的植物材料清洗干净；

2）将经步骤1）清洗后的植物材料于30～70℃下干燥；

3）将经步骤2）干燥后的植物材料在惰性气体保护下于800～1100℃碳化1～5小时，得到的产物即为基于植物材料的能源转换催化剂。

进一步，所述步骤1）中，新鲜的植物材料在清洗前先切成块。

进一步，所述步骤1）中，清洗采用等离子水超声清洗。

进一步，所述步骤2）中，干燥温度为60℃。

进一步，所述步骤3）中，惰性气体为氩气，碳化温度为900℃，碳化时间为2小时。

进一步，所述植物材料为植物的叶或茎。

进一步，所述植物材料为竹叶、竹竿或银杏叶。

本发明的有益效果在于：本发明先将新鲜的植物材料清洗并干燥，从而去掉植物表面杂质的影响，于惰性气体保护下碳化，防止植物内部含有的大量元素被氧化，并且碳化后具有较多的纳米孔结构存在，从而有利于电解质以及反应产物的扩散；因此，本发明制备的能源转换催化剂由于其优越的还原反应催化性能以及存在的大量纳米孔，具有优良的能源转换性能，例如：在对氧还原催化时有很高的活性、长期稳定性以及明显的抗甲醇氧化能力，在锂离子电池领域该能源转换催化剂具有的大量纳米孔有利于锂离子的嵌入以及脱嵌，在燃料敏化太阳能电池中能代替铂金对电极，提供高速还原催化能力；并且本发明的原料为天然植物材料，原料来源广泛、价格低廉、制备方法简单、适合大规模生产。

本发明制备的能源转换催化剂可广泛应用于商业化燃料电池、金属-空气电池、锂离子电池、钠离子电池、电化学传感器、太阳能电池与其他能源转换装置等领域，具备较高的实用价值。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为实施例1制备的竹叶基能源转换催化剂的扫描电镜图；

图2为实施例1制备的竹叶基能源转换催化剂的透射电镜图；

图3为实施例1制备的竹叶基能源转换催化剂分别在氮气和氧气饱和0.1M KOH溶液中的循环伏安曲线图；

图4为实施例1制备的竹叶基能源转换催化剂与商业化铂金催化剂的抗甲醇氧化能力比较图；

图5为实施例1制备的竹叶基能源转换催化剂与商业化铂金催化剂的氧还原稳定性能比较图；

图6为实施例2制备的竹竿基能源转换催化剂的扫描电镜图；

图7为实施例2制备的竹竿基能源转换催化剂的透射电镜图；

图8为实施例2制备的竹竿基能源转换催化剂分别在氮气和氧气饱和0.1M KOH溶液中的循环伏安曲线图；

图9为实施例2制备的竹竿基能源转换催化剂与商业化铂金催化剂的抗甲醇氧化能力比较图；

图10为实施例2制备的竹竿基能源转换催化剂与商业化铂金催化剂的氧还原稳定性能比较图；

图11为实施例3制备的银杏叶基能源转换催化剂的扫描电镜图；