[发明专利]基于煤炭自生长碳纳米管金属空气电池电催化剂制备方法

说明书

本发明涉及基于煤炭自生长碳纳米管金属空气电池电催化剂制备方法，直接利用煤炭作为碳源，不附加或通入其他碳源自生长碳纳米管，包括以下步骤：1)200～500目的煤炭与含氮化合物、过渡金属盐混合，含氮化合物的质量为煤炭质量的5～15倍，过渡金属盐质量为煤炭质量的2％～20％；2)在惰性气体气氛下于600～1000℃煅烧0.5～3小时；在惰性气体的保护下自然冷却至室温。优点是：提高了煤炭的高附加值利用，减少环境污染；所生产的双功能氧反应电催化材料具有优异的氧还原和氧析出的选择性、活性、稳定性和极低的过电压，把其应用到金属空气电池系统中，显示了极好的充放电循环稳定性能。

技术领域

本发明涉及基于煤炭自生长碳纳米管金属空气电池电催化剂制备方法，尤其涉及一种利用煤炭自生长碳纳米管复合材料制备金属空气电池双功能电催化剂的方法。

背景技术

进入21世纪以来，世界经济迅速发展，人民生活水平有了极大的提高，同时对能源的需求更是快速提高，尤其是对传统化石能源的需求量大幅增加，这不仅加重各国能源负担，而且化石能源的使用造成了环境污染和气候变化，威胁了人类和其他生物的生存与发展。因此，世界上众多科研人员已经逐渐开发新型清洁能源转换系统，其中金属空气电池占有举足轻重的位置，但是在这类新能源电池中阴极氧反应动力学缓慢，需要高效的电催化剂，现今使用的电催化剂主要是铂，钌等贵金属催化剂，而且这种催化剂只能催化氧还原或氧析出一种反应，这是限制其商业化的主要原因。另一方面，我国是煤炭大国，煤炭资源的使用通常为传统的燃烧获得热量，在此过程中煤炭利用率低，并且造成了严重的环境问题，如酸雨、雾霾等，所以开发煤炭高附加值产品是未来的一大趋势，若将其应用于清洁能源系统中的金属空气电池，可以大大降低这种电池的成本，为其商业化提供必要条件。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种利用煤炭自生长碳纳米管复合材料制备的基于煤炭自生长碳纳米管金属空气电池电催化剂制备方法，简单，高效，易操作。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

基于煤炭自生长碳纳米管金属空气电池电催化剂制备方法，直接利用煤炭作为碳源，不附加或通入其他碳源自生长碳纳米管，具体包括以下步骤：

1)200～500目的煤炭与含氮化合物、过渡金属盐混合，含氮化合物的质量为煤炭质量的5～15倍，过渡金属盐质量为煤炭质量的2％～20％；

2)在惰性气体气氛下于600～1000℃煅烧0.5～3小时，在此过程中，升温速率控制在2～15℃/min，惰性气体流速为50～200sccm；在惰性气体的保护下自然冷却至室温，反应器里收取的即为成品。

在步骤2)获得的成品中加入过渡金属盐，其中过渡金属元素含量占煤炭质量的1％～50％；在惰性气体的气氛下于600～1000℃下热解处理1～3小时；在此过程中，升温速率限制在2～15℃/min；惰性气体流速为500～200sccm；在惰性气体保护下自然冷却至室温，得到金属空气电池氧还原和氧析出电催化剂。

所述的煤炭为褐煤。

所述的惰性气体为氮气、氩气或氦气。

所述的过渡金属盐为铁盐、钴盐、镍盐、铜盐、锰盐中的一种以上。

所述的过渡金属盐为过渡金属乙酸盐、过渡金属氯化盐、过渡金属硝酸盐、过渡金属硫酸盐中的一种以上。

所述的金属空气电池包含锌空气电池、锂空气电池、铝空气电池。

所述的含氮化合物为尿素、三聚氰胺、硫脲、单氰胺、双氰胺、硫酸铵氰胺、氨基酸中的一种以上。

所述的过渡金属元素为铁、钴、镍、铜、锰中的一种以上。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：