[发明专利]一种碳空心球内层负载的金属纳米催化剂制备方法与应用

权利要求书

1.一种碳空心球内层负载的金属纳米催化剂制备方法，其特征是，包括以下步骤：

(1)制备碳空心球(CHS)；

(2)将碳空心球(CHS)在二氧化碳气氛下，以3℃/min的升温速率从室温升至850℃，并在850℃时恒温0.5h，随后自然冷却至室温，得到表面微孔化的碳空心球；

(3)将表面微孔化的碳空心球与30wt％的HNO₃溶液按100mg:20mL的质量:体积比混合，在70℃水浴中搅拌后过滤，用纯水洗至中性，在50℃下真空干燥，得到酸化处理的碳空心球；

(4)将上述酸化处理的碳空心球与金属盐水溶液混合，不断搅拌下将所得混合物加热到60℃，在此温度下充分搅拌，往混合物不断滴加浓度为1mol·L^-1的NaOH溶液，直至混合物的pH值为9-11，继续搅拌后过滤，用纯水洗至中性，所得固体在50℃下真空干燥，得到填充金属氧化物的碳空心球；所述酸化处理的碳空心球与金属盐水溶液的质量:体积比为200mg:100mL；

(5)将上述填充金属氧化物的碳空心球与浓度为0.1mol·L^-1的PBS缓冲溶液混合，超声分散，接着加入浓度为2mg·mL^-1的多巴胺溶液，搅拌均匀后，再加入浓度为4.5mg·mL^-1的过硫酸铵溶液，将所得混合物在室温下缓慢搅拌后过滤，纯水洗，得到聚多巴胺修饰的碳空心球；

(6)将上述聚多巴胺修饰的碳空心球与纯水混合，在搅拌下配成浓度为10mg·mL^-1的分散液；然后将氧化石墨烯(GO)颗粒和纯水混合，在搅拌下配成浓度为0.5mg·mL^-1的氧化石墨烯分散液；最后将这两种分散液等体积混合、搅拌，然后将混合物离心分离，将固体用纯水洗后在40℃下真空干燥，得到氧化石墨烯修饰的碳空心球；

(7)将上述氧化石墨烯修饰的碳空心球在体积比为1:1的氮气/氢气混合气氛下，以4℃/min的升温速率从室温升至800℃，并在800℃时恒温一定时间后自然冷却至室温，得到碳空心球内层负载的金属纳米催化剂。

2.根据权利要求1所述的碳空心球内层负载的金属纳米催化剂制备方法，其特征是，步骤(4)所述金属盐水溶液为0.05mol·L^-1的Ni(NO₃)·6H₂O，或0.05mol·L^-1的Co(NO₃)·6H₂O，或0.025mol·L^-1的Pd(NO₃)₂·2H₂O，或0.015mol·L^-1的Pt(NO₃)₂，或体积比为3:2的0.05mol·L^-1的Ni(NO₃)·6H₂O和0.05mol·L^-1的Co(NO₃)·6H₂O的混合溶液，或体积比为13:1的0.025mol·L^-1的Pd(NO₃)₂·2H₂O和0.05mol·L^-1的Ni(NO₃)·6H₂O的混合溶液，或体积比为13:1的0.025mol·L^-1的Pt(NO₃)₂和0.05mol·L^-1的Co(NO₃)·6H₂O的混合溶液。

3.根据权利要求1所述的碳空心球内层负载的金属纳米催化剂制备方法，其特征是，步骤(5)所述PBS缓冲溶液是由等摩尔的磷酸二氢钾与磷酸氢二钾组成的水溶液。

4.一种根据权利要求1所述方法制备的碳空心球内层负载的金属纳米催化剂。

5.根据权利要求1所述方法制备的碳空心球内层负载的金属纳米催化剂在电催化氧还原反应(ORR)与醇氧化反应中的应用。