本發(fā)明涉及催化劑技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種復(fù)合催化劑及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

近來年，金屬空氣電池和燃料電池因其具有能量密度高，使用安全等優(yōu)點(diǎn)，而受到廣泛關(guān)注。金屬空氣電池和燃料電池的核心技術(shù)之一是如何制備廉價(jià)而又性能優(yōu)異穩(wěn)定的催化劑。

在金屬空氣電池或燃料電池中，催化劑不僅決定了電池的性能，也決定了電池的成本。鉑金作為催化劑，雖然催化活性好，但價(jià)格昂貴，很難大規(guī)模使用；貴金屬銀，也具有良好的催化活性，但同樣因?yàn)槠涑杀荆y于大規(guī)模使用；后來很多研究者在錳的氧化物中，尋找適合的催化劑，錳的氧化物成本低廉，但催化活性并不理想，有待進(jìn)一步提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于此，本發(fā)明的目的是提供一種催化活性優(yōu)異的復(fù)合催化劑的制備方法。

具體的技術(shù)方案如下：

一種復(fù)合催化劑的制備方法，包括如下步驟：

將碳材料加入碳材料處理溶液，攪拌2-24h，然后于150-300℃恒溫處理1-10h，得物質(zhì)A；

將物質(zhì)A與含磷化合物按1-2:1-6的質(zhì)量比混合均勻，于惰性氣體氛圍下500-1000℃恒溫處理1-5h，得物質(zhì)B；

將鈷化合物、錳化合物以及草酸或草酸鹽按摩爾比1:1:1.8-2.2混合，研磨0.2-3h，然后于60-90℃水浴條件下加熱5-12h，得物質(zhì)C；

將物質(zhì)B與物質(zhì)C按1-3:3-1的質(zhì)量比混合，于250-400℃恒溫處理5-10h，然后球磨3-72h，即得所述復(fù)合催化劑。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述碳材料選自石墨粉、碳黑、乙炔黑、硬碳、碳纖維或多孔活性炭。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述碳材料處理溶液選自質(zhì)量濃度為10％-飽和濃度的K₂CO₃水溶液、KOH水溶液或雙氧水。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述碳材料與所述碳材料處理溶液的質(zhì)量體積比為：0.1-10g/ml。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述含磷化合物選自三苯基膦或磷酸氫二胺。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述鈷化合物選自乙酸鈷或碳酸鈷。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述錳化合物選自乙酸錳或碳酸錳。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，其特征在于，所述草酸鹽選自草酸鋰、草酸鉀或草酸鈉。

本發(fā)明的另一目的是提供一種催化性能優(yōu)異的復(fù)合催化劑。

上述制備方法制備得到的復(fù)合催化劑。

本發(fā)明的另一目的是提供上述復(fù)合催化劑的應(yīng)用。

上述復(fù)合催化劑在制備燃料電池或金屬空氣電池中的應(yīng)用。

上述復(fù)合催化劑具有如下優(yōu)點(diǎn)：

本催化劑先對碳載體進(jìn)行優(yōu)化處理，再結(jié)合與氮同一主族的元素P產(chǎn)生更多活性位點(diǎn)，再在后續(xù)過程中利用簡易無污染的合成方法合成具有氧還原活性的MnO₂負(fù)載于不同修飾后導(dǎo)電性良好的碳載體上，該催化劑相比于單純的碳/磷催化劑和MnO₂催化劑的催化活性更優(yōu)良。

上述復(fù)合催化劑的合成路線簡單，成本低，適合大規(guī)模生產(chǎn)。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1得到的復(fù)合催化劑與鉑碳催化劑的電流-電壓比較圖；

圖2為實(shí)施例2得到的復(fù)合催化劑與鉑碳催化劑的電流-電壓比較圖；

圖3為實(shí)施例3得到的復(fù)合催化劑與鉑碳催化劑的電流-電壓比較圖。

具體實(shí)施方式

為了便于理解本發(fā)明，下面將對本發(fā)明進(jìn)行更全面的描述。但是，本發(fā)明可以以許多不同的形式來實(shí)現(xiàn)，并不限于本文所描述的實(shí)施例。相反地，提供這些實(shí)施例的目的是使對本發(fā)明的公開內(nèi)容的理解更加透徹全面。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說明書中所使用的術(shù)語只是為了描述具體的實(shí)施例的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。本文所使用的術(shù)語“和/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)的所列項(xiàng)目的任意的和所有的組合。

實(shí)施例1

本實(shí)施例一種復(fù)合催化劑Co₃O₄/C-P/MnO₂的制備方法，包括如下步驟：

(1)將石墨粉加入至10％的K₂CO₃溶液(質(zhì)量體積比為05g/ml)，攪拌10h，然后再200℃恒溫處理5h，得到物質(zhì)A；

(2)將物質(zhì)A與三苯基膦按質(zhì)量比為1：1混合均勻，在氮?dú)夥諊拢?00℃恒溫處理3h，得到物質(zhì)B；

(3)將乙酸鈷、乙酸錳、以及草酸按摩爾比為1:1:2混合、研磨2h，然后在溫度為80℃條件下水浴加熱8h，，得到物質(zhì)C；

(4)將物質(zhì)B與物質(zhì)C按1:3質(zhì)量比混合均勻，然后于馬弗爐中，350℃恒溫處理8h，最后球磨50h，制得催化劑Co₃O₄/C-P/MnO₂。

上述復(fù)合催化劑Co₃O₄/C-P/MnO₂可應(yīng)用于制備金屬空氣電池或燃料電池。

上述復(fù)合催化劑Co₃O₄/C-P/MnO₂與鉑碳催化劑的電流-電壓的比較如圖1所示。

實(shí)施例2

本實(shí)施例一種復(fù)合催化劑Co₃O₄/C-P/MnO₂的制備方法，包括如下步驟：

(1)將碳纖維加入至15％的KOH溶液，攪拌15h，然后再250℃恒溫處理7h，得到物質(zhì)A；

(2)將物質(zhì)A與磷酸氫二胺按質(zhì)量比為1：3混合均勻，在氮?dú)夥諊拢?00℃恒溫處理3h，得到物質(zhì)B；

(3)將碳酸鈷、碳酸錳、以及草酸鈉按摩爾比為1:1:2混合、研磨1.5h，然后在溫度為60℃條件下水浴加熱10h，，得到物質(zhì)C；

(4)將物質(zhì)B與物質(zhì)C按1-3:3-1質(zhì)量比混合均勻，然后于馬弗爐中，300℃恒溫處理9h，最后球磨60h，制得催化劑Co₃O₄/C-P/MnO₂。

上述復(fù)合催化劑Co₃O₄/C-P/MnO₂可應(yīng)用于制備金屬空氣電池或燃料電池。

上述復(fù)合催化劑Co₃O₄/C-P/MnO₂與鉑碳催化劑的電流-電壓的比較如圖2所示。

實(shí)施例3

本實(shí)施例一種復(fù)合催化劑Co₃O₄/C-P/MnO₂的制備方法，包括如下步驟：

(1)將乙炔黑加入至15％的雙氧水溶液，攪拌20h，然后再300℃恒溫處理4h，得到物質(zhì)A；

(2)將物質(zhì)A與磷酸氫二胺按質(zhì)量比為2：1混合均勻，在氮?dú)夥諊拢?00℃恒溫處理1h，得到物質(zhì)B；

(3)將碳酸鈷、碳酸錳、以及草酸鉀按摩爾比為1:1:2混合、研磨2.5h，然后在溫度為90℃條件下水浴加熱6h，，得到物質(zhì)C；

(4)將物質(zhì)B與物質(zhì)C按1-3:3-1質(zhì)量比混合均勻，然后于馬弗爐中，250℃恒溫處理6h，最后球磨40h，制得催化劑Co₃O₄/C-P/MnO₂。

上述復(fù)合催化劑Co₃O₄/C-P/MnO₂可應(yīng)用于制備金屬空氣電池或燃料電池。

上述復(fù)合催化劑Co₃O₄/C-P/MnO₂與鉑碳催化劑的電流-電壓的比較如圖3所示。

以上所述實(shí)施例的各技術(shù)特征可以進(jìn)行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實(shí)施例中的各個(gè)技術(shù)特征所有可能的組合都進(jìn)行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是本說明書記載的范圍。

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。