[发明专利]一种多级孔结构过渡金属氧还原催化剂及其制备方法

摘要

本发明属于无机先进纳米材料技术领域，公开了一种多级孔结构过渡金属氧还原催化剂及其制备方法，以粉末状碳材料为载体，将沸石咪唑有机框架结构原位生长在粉末状碳材料表面作为催化剂的前驱体；然后通过高温碳化的方法，制备具有丰富Co、N元素和多级孔结构的非贵金属氧还原催化剂；通过对前驱体热裂解温度的调控，可以调节催化剂中不同元素的比例和孔径分布，进而控制催化剂的氧还原催化活性。本发明的催化性能接近商业Pt/C(Pt含量为60％)催化剂，具有廉价、高效的特点；炭黑的引入降低了催化剂的颗粒尺寸，使得更多的活性位暴露在表面参与反应，同时使电子和气液相传递过程得到优化，因此在燃料电池中表现出优异的性能和应用前景。

主权项

1.一种多级孔结构过渡金属氧还原催化剂，其特征在于，由以下制备方法得到：(1)将1份质量份的粉末状碳材料、1份质量份的聚乙烯吡咯烷酮和3份质量份的过渡金属盐分散在极性分散液中，超声分散至均匀；(2)将4份质量份的2‑甲基咪唑分散在与步骤(1)同等体积的，另一份同种极性分散液中，超声分散至均匀；(3)将步骤(1)得到的混合液在‑5～5℃的环境中搅拌均匀，然后迅速将步骤(2)获得的混合液倒入其中，在相同的环境中继续搅拌10～60分钟；随后将搅拌均匀的混合液在室温环境中静置24～72小时；(4)将静置后的混合液离心分离，水洗多次；随后将清洗干净的黑色固体充分干燥，即获得催化剂前驱体；(5)将催化剂前驱体在惰性或混合气氛下以3～10℃/min的速率加热至600～800℃，恒温1～4小时，然后自然降温至室温，即获得碳化产物；(6)使用酸性溶液清洗所得的碳化产物，去除多余的金属颗粒，离心分离获得固体，并将其充分干燥即获得最终氧还原催化剂。