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(lái)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?，難于大規(guī)模使用；后來(lái)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：

將碳源加入到0.05-0.35m的金屬鹽溶液中，攪拌10-48h，抽濾漂洗干燥后得物質(zhì)a；

將物質(zhì)a在惰性氣體氛圍中于550-1100℃恒溫處理1-5h，得物質(zhì)b；

將物質(zhì)b研磨后加入到含有0.01-0.15m表面活性劑的濃度為0.05-0.2m的錳化合物溶液中，攪拌蒸干得物質(zhì)c；

將物質(zhì)c于200-500℃恒溫處理4-10h，得物質(zhì)d；

再用濃度為0.1-2m的酸溶液對(duì)物質(zhì)d進(jìn)行酸化處理，得物質(zhì)e；

將物質(zhì)e漂洗至中性，干燥后球磨，即得所述復(fù)合催化劑。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述碳源加入金屬鹽溶液前還進(jìn)行粉碎處理，粉碎至粒徑為0.5μm-10μm；所述碳源選自花生殼、椰殼或秸稈；所述碳源與所述金屬鹽溶液的質(zhì)量體積比為0.5-5g/ml。

在其中一個(gè)實(shí)施例總，所述金屬鹽選自fecl2·4h2o、cocl2·6h2o或ni(ac)2·4h2o。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉或十二烷基硫酸鈉。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述錳化合物為草酸錳、碳酸錳或高錳酸鉀；所述物質(zhì)b與所述錳化合物溶液的質(zhì)量體積比為0.5-5g/ml。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述酸溶液為硫酸溶液、鹽酸溶液或硝酸溶液。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述物質(zhì)e的干燥溫度為100-300℃，干燥時(shí)間為5-48h。

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)合催化劑在制備金屬空氣電池或燃料電池中的應(yīng)用。

上述復(fù)合催化劑具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)選擇廉價(jià)的碳源，金屬鹽以及錳的化合物作為合成催化劑的原材料，有效降低了催化劑的成本。

(2)復(fù)合催化劑mxoy/c/mno2的結(jié)構(gòu)為：mxoy被c包覆，mno2形成于c的微孔中。mno2形成于c的微孔中，極大提高了mno2導(dǎo)電性能，同時(shí)，金屬氧化物具被c包裹，與mno2形成協(xié)同作用，提高氧還原的催化活性。該結(jié)構(gòu)與錳的氧化物催化劑相比，催化性能更加優(yōu)越。

(3)該方案采用熱解法合成催化劑，合成路線簡(jiǎn)單易行，原料低廉，適合大批量工業(yè)化生產(chǎn)。

附圖說(shuō)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(duì)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(lái)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(duì)本發(fā)明的公開(kāi)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(yǔ)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(shuō)明書(shū)中所使用的術(shù)語(yǔ)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(yǔ)“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)合催化劑的制備方法，包括如下步驟：

(1)將粉碎的花生殼(粒徑為0.5-10μm)加入到0.2m的fecl2·4h2o溶液中(二者的質(zhì)量體積比為3g/ml)，溶液攪拌30h，抽濾漂洗干燥后得到物質(zhì)a；

(2)將物質(zhì)a在n2氛圍里800℃恒溫處理3h后得到物質(zhì)b，研磨物質(zhì)b，而后加入到含有0.01m十二烷基苯磺酸鈉的0.1m草酸錳溶液中(所述物質(zhì)b與所述錳化合物溶液的質(zhì)量體積比為3g/ml)，80℃攪拌蒸干，得到物質(zhì)c；

(3)將物質(zhì)c在400℃恒溫處理7h得到物質(zhì)d，而后，用1m的硫酸對(duì)物質(zhì)d進(jìn)行酸化處理3h，制得物質(zhì)e；

(4)將物質(zhì)e抽濾漂洗至中性，然后在200℃下干燥30h，最后進(jìn)行球磨處理，得到復(fù)合催化劑fe2o3/c/mno2。

上述復(fù)合催化劑fe2o3/c/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fe2o3/c/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)合催化劑的制備方法，包括如下步驟：

(1)將粉碎的椰殼(粒徑為0.5-10μm)加入到0.3m的cocl2·6h2o溶液中(二者的質(zhì)量體積比為1g/ml)，溶液攪拌40h，抽濾漂洗干燥后得到物質(zhì)a；

(2)將物質(zhì)a在n2氛圍里1000℃恒溫處理3h后得到物質(zhì)b，研磨物質(zhì)b，而后加入到含有0.015m十二烷基硫酸鈉的0.2m碳酸錳溶液中(所述物質(zhì)b與所述錳化合物溶液的質(zhì)量體積比為5g/ml)，90℃攪拌蒸干，得到物質(zhì)c；

(3)將物質(zhì)c在300℃恒溫處理8h得到物質(zhì)d，而后，用1.5m的硫酸對(duì)物質(zhì)d進(jìn)行酸化處理4h，制得物質(zhì)e；

(4)將物質(zhì)e抽濾漂洗至中性，然后在300℃下干燥20h，最后進(jìn)行球磨處理，得到復(fù)合催化劑co2o3/c/mno2。

上述復(fù)合催化劑co2o3/c/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co2o3/c/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)合催化劑的制備方法，包括如下步驟：

(1)將粉碎的秸稈(粒徑為0.5-10μm)加入到0.15m的ni(ac)2·4h2o溶液中(二者的質(zhì)量體積比為5g/ml)，溶液攪拌20h，抽濾漂洗干燥后得到物質(zhì)a；

(2)將物質(zhì)a在n2氛圍里650℃恒溫處理5h后得到物質(zhì)b，研磨物質(zhì)b，而后加入到含有0.015m十二烷基硫酸鈉的0.1m高錳酸鉀溶液中(所述物質(zhì)b與所述錳化合物溶液的質(zhì)量體積比為1g/ml)，90℃攪拌蒸干，得到物質(zhì)c；

(3)將物質(zhì)c在500℃恒溫處理5h得到物質(zhì)d，而后，用2m的硫酸對(duì)物質(zhì)d進(jìn)行酸化處理2h，制得物質(zhì)e；

(4)將物質(zhì)e抽濾漂洗至中性，然后在150℃下干燥45h，最后進(jìn)行球磨處理，得到復(fù)合催化劑ni2o3/c/mno2。

上述復(fù)合催化劑ni2o3/c/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ni2o3/c/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(jiǎn)潔，未對(duì)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(shuō)明書(shū)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(duì)發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，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)。