[发明专利]一种包覆型催化剂、其制备方法和在燃料电池中的应用

权利要求书

1.一种包覆型催化剂，其特征在于，所述包覆型催化剂中的里层为过渡金属氧化物纳米颗粒，所述外层为硫元素和氮元素掺杂的碳包覆层。

2.如权利要求1所述的包覆型催化剂，其特征在于，所述外层中的碳和氮通过盐酸多巴胺反应得到；

优选地，所述过渡金属氧化物纳米颗粒包括四氧化三铁、四氧化三钴、氧化镍和四氧化三锰中的任意一种或至少两种的组合；

优选地，所述包覆型催化剂中，过渡金属氧化物纳米颗粒的粒径为8～12nm；

优选地，所述包覆型催化剂中，外层的厚度为5～8nm。

3.如权利要求1或2所述的包覆型催化剂，其特征在于，所述过渡金属氧化物纳米颗粒的含量为20wt％～52wt％；

优选地，所述包覆型催化剂中，碳包覆层的含量为36wt％～53wt％；

优选地，所述包覆型催化剂的外层中，硫元素的含量为4wt％～12wt％；

优选地，所述包覆型催化剂的外层中，氮元素的含量为6wt％～18wt％。

4.一种如权利要求1-3之一所述包覆型催化剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(1)将过渡金属氧化物纳米颗粒、盐酸多巴胺和缓冲液混合，过滤，然后将过滤得到的产品分散到缓冲液中，得到分散液；

(2)将所述分散液与硫源混合，得到前驱体；

(3)将所述前驱体进行热处理，得到包覆型催化剂。

5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述过渡金属氧化物纳米颗粒的制备过程包括：将过渡金属盐与碱液混合，将得到混合溶液进行水热反应，得到固体颗粒，将所述固体颗粒进行焙烧，得到过渡金属氧化物纳米颗粒；

优选地，所述过渡金属盐中的过渡金属元素包括Fe、Co、Ni和Mn中的任意一种或至少两种的组合，优选硝酸盐、卤化物和硫酸盐中的任意一种或至少两种的组合；

优选地，所述碱液中的碱性材料包括氢氧化钠、氢氧化钾和氨水中的任意一种或至少两种的组合；

优选地，所述碱液中碱性材料的量与金属盐的物质的量之比为(2.5～6):1；

优选地，所述过渡金属盐与碱液混合的方式为搅拌混合，优选搅拌混合10min～30min；

优选地，所述水热反应的温度为160℃～200℃；

优选地，所述水热反应的时间为12～24h；

优选地，所述水热反应后，还包括抽滤、洗涤和干燥的过程；

优选地，所述干燥为真空干燥，优选70℃～100℃真空干燥6～10h；

优选地，所述焙烧的温度为400～800℃；

优选地，所述焙烧的时间为1～3h。

6.如权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述盐酸多巴胺与过渡金属氧化物纳米颗粒的物质的量之比为(1.5～3):1；

优选地，步骤(1)所述缓冲液的pH值为8～9；

优选地，步骤(1)所述混合的方式包括：将过渡金属氧化物纳米颗粒、盐酸多巴胺和缓冲液超声，然后搅拌；

优选地，所述超声的时间为20～40min；

优选地，所述超声的功率为180～300W；

优选地，所述搅拌的时间为12h～24h；

优选地，所述搅拌的频率为400～800r/min；

优选地，步骤(1)所述过滤为抽滤；

优选地，步骤(1)所述过滤得到的产品分散到缓冲液中的方式为超声分散。

7.如权利要求4-6之一所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述硫源包括半胱氨酸、硫脲、氨基硫脲和氨基苯磺酸中的任意一种或至少两种的组合；

优选地，步骤(2)所述硫源与步骤(1)所述过渡金属氧化物纳米颗粒的物质的量之比为(0.6～3):1；

优选地，步骤(2)所述混合的方式为搅拌混合，优选搅拌混合12～24h；

优选地，步骤(2)所述混合之后，还包括抽滤、洗涤、干燥和研磨的过程；

优选地，所述干燥为冷冻干燥，优选冷冻干燥8～12h。