[发明专利]一种复合催化剂及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种复合催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：在碳基材料上负载金属氧化物和掺杂氮元素，得到所述复合催化剂；所述掺杂氮元素的含氮前驱物为氨气和/或无机铵盐。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳基材料包括活性炭、活性焦、生物炭、石墨烯类材料或碳纳米管中的任意一种或至少两种的组合，优选为活性炭和/或生物炭；

优选地，所述金属氧化物中的金属包括铁、钴、锰、镍、铜、镧、铈、钼或钛中的任意一种或至少两种的组合。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述负载金属氧化物的方法为：将碳基材料或掺杂氮元素的碳基材料置于金属前驱体溶液中浸渍，干燥后进行焙烧，得到负载金属氧化物的碳基材料；

优选地，所述金属前驱体溶液为金属盐的水溶液；

优选地，所述金属盐为金属无机盐，进一步优选为金属硝酸盐、金属硫酸盐或金属卤化物中的任意一种或至少两种的组合；

优选地，以所述碳基材料的质量为100％计，所述金属前驱体溶液中金属的质量为0.5～20％，进一步优选为2～15％。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述浸渍的方法为等体积浸渍法；

优选地，所述浸渍的温度为15～45℃；

优选地，所述浸渍的时间为8～24h；

优选地，所述干燥的温度为100～120℃；

优选地，所述干燥的时间为5～24h；

优选地，所述焙烧的温度为300～900℃；

优选地，所述焙烧的时间为0.5～5h；

优选地，所述焙烧在真空或保护气氛中进行，所述保护气氛为惰性气氛和/或还原性气氛；

优选地，所述惰性气氛包括氮气氛和/或氩气氛；

优选地，所述还原性气氛包括氢气氛和/或氨气氛。

5.根据权利要求1～4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述含氮前驱物为氨气，以所述碳基材料的质量为1g计，所述氨气的用量为900～60000mL；

优选地，所述含氮前驱物为无机铵盐，以所述碳基材料的质量为100％计，所述无机铵盐中氮的质量为0.1～15％；

优选地，所述无机铵盐选自氯化铵、碳酸氢铵、碳酸铵、硝酸铵或硫酸铵中的任意一种或者至少两种的组合。

6.根据权利要求1～5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述掺杂氮元素的方法包括方法A或方法B；

所述方法A为：以碳基材料、负载金属氧化物的碳基材料或浸渍金属前驱体的碳基材料中的任意一种作为载体，将所述载体与无机铵盐混合均匀后在无氧环境中焙烧，得到掺杂氮元素的碳基材料；

所述方法B为：将碳基材料、负载金属氧化物的碳基材料或浸渍金属前驱体的碳基材料中的任意一种在氨气氛中焙烧，得到掺杂氮元素的碳基材料；

优选地，方法A、方法B中所述焙烧的温度各自独立地为300～900℃；

优选地，方法A、方法B中所述焙烧的时间各自独立地为2～6h。

7.根据权利要求1～6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括如下步骤：

(1)将碳基材料置于金属无机盐溶液中，通过等体积浸渍法在室温下浸渍8～24h，100～120℃干燥5～24h，得到预处理样品；

(2)向步骤(1)得到的预处理样品中掺杂氮元素，掺杂方法包括方法A或方法B；所述方法A为：将所述预处理样品在氨气氛中300～900℃焙烧2～6h，得到所述复合催化剂；所述方法B为：将所述预处理样品与无机铵盐混合均匀，在无氧环境中300～900℃焙烧2～6h，得到所述复合催化剂。