[发明专利]一种催化剂前驱体、金属碳基催化剂及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种催化剂前驱体，其特征在于，所述催化剂前驱体为包括金属掺杂的沸石咪唑酯骨架材料和无机盐的混合物、或者为包括金属掺杂的沸石咪唑酯骨架材料和表面活性剂的混合物；其中，所述无机盐和金属掺杂的沸石咪唑酯骨架材料的质量比为2.70：0.67～5.40。

2.根据权利要求1所述的催化剂前驱体，其特征在于，所述金属掺杂的沸石咪唑酯骨架材料中的金属为过渡金属；进一步地，所述过渡金属为铁；

优选地，所述无机盐为钠盐；进一步地，所述钠盐为氯化钠；

优选地，所述表面活性剂为P123。

3.一种如权利要求1或2所述的催化剂前驱体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

将无机盐或表面活性剂进行球磨，然后加入氧化锌、二甲基咪唑和含金属络合物溶液进行球磨，制得催化剂前驱体。

4.根据权利要求3所述的催化剂前驱体的制备方法，其特征在于，所述无机盐或表面活性剂、氧化锌、二甲基咪唑和含金属络合物溶液的质量比为700～900:60～90:150～170:40～60；

优选地，所述无机盐或表面活性剂进行球磨的时间为20～60分钟；

优选地，所述加入氧化锌、二甲基咪唑和含金属络合物溶液进行球磨的时间为30～60分钟；

优选地，所述含金属络合物溶液中的含金属络合物为单金属络合物或多金属络合物；

优选地，所述单金属络合物通过摩尔比为1～3:6的铁盐A和邻菲罗啉络合而成；

优选地，所述铁盐A为醋酸亚铁；

优选地，所述双金属络合物通过摩尔比为3～5:1的铁盐B和钴盐络合而成；

优选地，所述铁盐B为乙酰丙酮铁；

优选地，所述钴盐为六水合硝酸钴；

优选地，所述含金属络合物溶液中的溶剂为无水乙醇。

5.一种如权利要求1或2所述的催化剂前驱体或如权利要求3或4所述的制备方法制得的催化剂前驱体的应用，其特征在于，所述催化剂前驱体用于制备金属碳基催化剂。

6.一种金属碳基催化剂，其特征在于，所述金属碳基催化剂通过将如权利要求1或2所述的催化剂前驱体或如权利要求3或4所述的制备方法制得的催化剂前驱体进行研磨，研磨产物置于惰性气氛中进行热解，然后将热解产物进行降温，降温过程中进行氨气处理制得。

7.根据权利要求6所述的金属碳基催化剂，其特征在于，所述金属碳基催化剂中的金属为铁。

8.一种如权利要求6或7所述的金属碳基催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

将如权利要求1或2所述的催化剂前驱体或如权利要求3或4所述的制备方法制得的催化剂前驱体进行研磨，研磨产物置于惰性气氛中进行热解，然后将热解产物进行降温，降温过程中使用氨气进行处理，制得金属碳基催化剂。

9.根据权利要求8所述的金属碳基催化剂的制备方法，其特征在于，所述催化剂前驱体进行研磨的时间为20～30min；

优选地，所述惰性气氛使用的惰性气体为氮气或氩气，其纯度≥99.999％(V/V)；

优选地，所述热解使用的设备为高温管式炉；

优选地，所述热解过程包括：以2～10℃/min的速率先升温至200～400℃，保温0.5～2h；然后以2～10℃/min的速率升温至800～1100℃，保温2～4h；

优选地，所述降温的过程包括：以2～10℃/min的速率降温至700～900℃，保温5～10min，停止通入惰性气体，并同时以60～80ml/min的速率通入氨气，保温5～20min结束，停止通入氨气并同时以60～150ml/min的速率通入惰性气体，自动降温到常温。

10.一种如权利要求1～3任一项所述的金属碳基催化剂或如权利要求4～7任一项所述的制备方法制得的金属碳基催化剂在制备锌空电池或燃料电池中的应用。