[发明专利]一种铁氮碳复合氧还原催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种铁氮碳复合氧还原催化剂的制备方法，包括如下步骤：将活性炭和氯化亚铁和氮源三者混合，得到混合物；将所述混合物在氮气气氛中碳化得到铁氮碳复合催化剂。本发明利用高比表面积的活性炭作为催化剂载体，以氯化亚铁和氮源为活性组分，在氮气气氛下碳化制备出高性能的铁氮碳复合催化剂。本发明在700‑1000℃碳化制备出铁氮碳复合催化剂并在优选区间750‑950℃碳化获得的催化剂在大于0.85V(相对于可逆氢电极)的电势区间内的电流密度高于商业Pt/C(20wt％)催化剂电流密度；本发明制备方法制备得到的铁氮碳复合氧还原催化剂组装成锌氧空气电池的电压范围在1～1.5V之间。

技术领域

本发明涉及催化剂技术领域，尤其涉及一种铁氮碳复合氧还原催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

金属氧气电池具有转化效率高、能量密度大和无环境污染等优点，在解决能源供应和清洁环境的全球性问题中具有广阔前景。但高昂的价格限制了其广泛应用，这其中很重要的因素是金属氧气电池中催化剂用量很大，且目前应用的都是高价格的贵金属铂(Pt)及合金催化剂。所以，采用其他价格低廉且性能优越的催化剂替代Pt催化剂成为研究热点。

目前，非贵金属催化剂中的碳载过渡金属/氮(M-N_x/C)材料(M＝Co，Fe，Ni，Mn等)受到越来越多的关注，例如中国专利CN200710157561.2中记载了一种炭载过渡金属碳氮化合物，可用下式表示，AN_xC_y/Z，A为第IVB、VB、VIB、VIIB和VIII族元素中的一种或两种，N为氮元素，C为碳元素，Z为炭载体，其中0x1，0y1，AN_xC_y于AN_xC_y/Z中含量为5-60wt％。此碳载过渡金属/氮材料虽然具有成本低、强度高、易于成型等特点，但其活性差，催化性能差。因此，如何提高碳载过渡金属/氮催化剂的催化性能成为亟待解决的难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铁氮碳复合氧还原催化剂及其制备方法和应用。本发明提供的制备方法制备得到的铁氮碳复合氧还原催化剂具备高活性和高催化性能。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种铁氮碳复合氧还原催化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将活性炭、氯化亚铁和氮源混合，得到混合物；

(2)将所述步骤(1)得到的混合物在氮气气氛中进行碳化，得到铁氮碳复合氧还原催化剂。

优选地，所述步骤(1)中活性炭为甘蔗渣活性炭；

所述甘蔗渣活性炭的制备方法包括如下步骤：

1)将甘蔗渣与活化剂混合，得到混合物料；

2)将所述步骤1)得到的混合物料进行活化，得到甘蔗渣活性炭。

优选地，所述步骤1)中甘蔗渣与活化剂的质量比为1：1～1：8。

优选地，所述步骤2)中活化的温度为700～1000℃；活化的时间为5min～6h。

优选地，所述步骤2)中的活化在氮气氛围中进行。

优选地，所述步骤(1)中活性炭的比表面积为1500～4500m²/g。

优选地，所述步骤(1)中活性炭、氯化亚铁和氮源的质量比为1：(1～8)：(1～4)。

优选地，所述步骤(2)中碳化的温度为700～1000℃，碳化的时间为5min～6h。

本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的铁氮碳复合氧还原催化剂。