[发明专利]有序介孔碳生长碳纳米管催化剂的制备及催化剂和应用

摘要

本发明公开了有序介孔碳生长碳纳米管催化剂的制备方法及其催化剂和应用。该复合催化剂是通过在氮掺杂有序介孔碳上原位生长碳纳米管制成，即以三嵌段共聚物作为软模板剂，选用可溶性树脂作为碳源，在制备过程中添加过渡金属盐，原位引入过渡金属元素，同时利用有序介孔碳材料改性过程中引入的过渡金属组分，在氨气与烃类混合气氛下产生利于碳纳米管生长的活性点位，一步实现氮化与碳纳米管生长。该有序介孔碳原位生长碳纳米管复合催化剂具有高活性比表面和高导电性能，展现出优异的氧还原催化性能和良好的电化学稳定性。

主权项

1.有序介孔碳生长碳纳米管催化剂的制备方法，其特征在于：/n其所述有序介孔碳生长碳纳米管催化剂的具体制备方法如下：/n（1）取间苯二酚或苯酚放入烧杯中，在30—50 ℃恒温水浴中搅拌10—40min，使其融化得到溶液A；/n（2）将质量分数为10—20 wt. %的NaOH溶液加入到上述溶液A中，保持30—50℃水浴搅拌均匀，得到溶液B，其中间苯二酚或苯酚与NaOH的摩尔比为15:1—5:1；/n（3）向溶液B中加入质量分数为10—40 wt. %的甲醛溶液，其中间苯二酚或苯酚和甲醛的摩尔比为1:5—1:1，调节水浴温度至40—80 ℃，持续搅拌0.5—4 h，制备得到可溶性酚醛树脂溶胶C；/n（4）取出溶胶C，冷却至室温后用0.5—2 M盐酸调节溶液至PH=7或8，得到树脂溶液D；/n（5）将树脂溶液D放入真空干燥箱中，除去水分，得到的树脂凝胶经乙醇稀释后离心除去析出的NaCl，最终获得质量分数为10-50 wt. %的树脂预聚体乙醇溶液E；/n（6）取三嵌段共聚物F127或P123溶于乙醇中，在30—50℃恒温水浴中搅拌均匀，得到溶液F，其中F127或P123在溶液中的质量分数为2—10 wt. %；/n（7）向溶液F中加入适量树脂预聚体乙醇溶液E，保持30—50℃恒温水浴中搅拌均匀，得到溶液G，其中树脂预聚体与三嵌段共聚物F127或P123的质量比为1:0.5—1:5；/n（8）向溶液G中加入过渡金属盐，搅拌1—4 h，其中树脂预聚体与过渡金属盐的质量比为1:0.1—1:0.5；/n（9）将步骤（8）所得悬浊液转移到培养皿中，在室温下挥发6—18 h，再将培养皿置于60-120 ℃烘箱内固化4—12 h，得到薄膜聚合物材料H；/n（10）将步骤（9）所得薄膜聚合物材料H在氨气与烃类气体混合的混合气体中升温至700—1200 ℃碳化2—10小时，碳化后用N₂吹扫至室温，干燥球磨后即得催化剂;/n其中烃类气体为乙烯、乙炔或丙烯气体中的一种或二种以上；氨气与烃类气体混合的摩尔比例为1:0.5—1:4, 混合气体流量为40-80 mL/min，升温速率为1-5 ℃/min。/n