本發(fā)明涉及氧化還原催化劑，尤其涉及一種多金屬碳基催化劑及其制備方法和應用。

背景技術(shù)：

1、化石能源（包括煤炭、石油和天然氣）長期以來一直是主要的能源來源。然而，過度使用化石燃料導致了能源危機以及許多環(huán)境和氣候問題，如溫室氣體排放和全球變暖。為了應對這些問題，并實現(xiàn)能源的可持續(xù)發(fā)展，人們開始尋找新的能源技術(shù)。燃料電池被認為是一種潛力巨大的可持續(xù)能源技術(shù)，其主要優(yōu)勢包括高效能轉(zhuǎn)化、零排放、低噪音和靈活性等。它們可以廣泛應用于交通運輸、電力供應、建筑和移動設備等領(lǐng)域。而且，燃料電池可以使用各種可再生能源制備氫氣，例如太陽能、風能和生物質(zhì)能等。氧化還原反應是燃料電池能量轉(zhuǎn)換的核心步驟，然而目前市場上主流的催化劑主要是以鉑碳為基礎的貴金屬催化劑，其成本高昂且穩(wěn)定性較差。因此亟待需要尋找一種對環(huán)境友好、價格低廉且具有良好穩(wěn)定性和催化活性的催化劑。

2、有鑒于此，特提出本發(fā)明。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種多金屬碳基催化劑及其制備方法和應用。

2、具體的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種多金屬碳基催化劑，其由包括糖類、金屬化合物、含氮化合物和造孔劑的原料制備得到；糖類的重量份為0.15~0.25；金屬化合物有至少兩種，每種金屬化合物的重量份為0.16~0.47；含氮化合物的重量份為2.5~5。

4、優(yōu)選地，所述金屬化合物選自含銅化合物、含鐵化合物和含鈷化合物中的至少兩種。

5、優(yōu)選地，所述金屬化合物選自氯鹽、乙酸鹽、硫酸鹽。

6、優(yōu)選地，所述金屬化合物選自乙酸鐵和乙酸鈷；或者，所述金屬化合物選自氯化鐵和氯化銅。

7、優(yōu)選地，乙酸鐵的重量份為0.15~0.23；和/或，乙酸鈷的重量份為0.12-0.20；和/或，氯化鐵的重量份為0.20-030；和/或，氯化銅的重量份為0.42-0.52。

8、優(yōu)選地，所述造孔劑為氯化鈉。

9、優(yōu)選地，所述含氮化合物選自尿素和/或雙氰胺。

10、優(yōu)選地，糖類和含氮化合物的重量比為1：（12~26.6）。

11、第二方面，本發(fā)明提供了所述多金屬碳基催化劑的制備方法，以糖類為基礎，進行氮雜化處理和ph中和處理；

12、所述氮雜化處理包括：在室溫（約20±5℃）條件下將糖類、金屬化合物、含氮化合物置于5±1℃/min升溫速率下升溫至800±50℃，保溫1±0.2h。

13、所述ph中和處理包括：將氮雜化處理后的物料置于水中得到懸浮液，調(diào)節(jié)懸浮液的ph值至1~1.5，200-700r/min攪拌5±2h；再調(diào)節(jié)懸浮液ph值至中性，烘干。

14、本發(fā)明采用摻雜雙金屬對糖類碳進行化學改性，之后進行氮摻雜得到一種雙金屬碳基催化劑。本發(fā)明提供的雙金屬碳基催化劑原料安全環(huán)保，同時具有優(yōu)異的氧化還原性能，能夠廣泛應用于各類燃料電池和金屬空氣電池，為代替昂貴的商業(yè)化鉑碳提供了一種新思路。

15、第三方面，本發(fā)明提供了所述多金屬碳基催化劑或者所述制備方法在生產(chǎn)燃料電池或金屬空氣電池中的應用。

16、有益效果：

17、本發(fā)明提供了一種多金屬碳基催化劑及其制備方法和應用。本發(fā)明所述多金屬碳基催化劑由包括糖類、金屬化合物、含氮化合物和造孔劑的原料制備得到；糖類的重量份為0.15~0.25；金屬化合物有至少兩種，每種金屬化合物的重量份為0.16~0.47；含氮化合物的重量份為2.5~5。本發(fā)明提供的多金屬碳基催化劑具有良好的穩(wěn)定性，且在高電流密度下具有出色催化活性。

技術(shù)特征：

1.多金屬碳基催化劑，其特征在于，由包括糖類、金屬化合物、含氮化合物和造孔劑的原料制備得到；糖類的重量份為0.15~0.25；金屬化合物有至少兩種，每種金屬化合物的重量份為0.16~0.47；含氮化合物的重量份為2.5~5。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述多金屬碳基催化劑，其特征在于，所述金屬化合物選自含銅化合物、含鐵化合物和含鈷化合物中的至少兩種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述多金屬碳基催化劑，其特征在于，所述金屬化合物選自氯鹽、乙酸鹽、硫酸鹽。

4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任意一項所述多金屬碳基催化劑，其特征在于，所述金屬化合物選自乙酸鐵和乙酸鈷；或者，所述金屬化合物選自氯化鐵和氯化銅。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述多金屬碳基催化劑，其特征在于，乙酸鐵的重量份為0.15~0.23；和/或，乙酸鈷的重量份為0.12-0.20；和/或，氯化鐵的重量份為0.20-030；和/或，氯化銅的重量份為0.42-0.52。

6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任意一項所述多金屬碳基催化劑，其特征在于，所述造孔劑為氯化鈉。

7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任意一項所述多金屬碳基催化劑，其特征在于，所述含氮化合物選自尿素和/或雙氰胺。

8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任意一項所述多金屬碳基催化劑，其特征在于，糖類和含氮化合物的重量比為1：（12~26.6）。

9.權(quán)利要求1-8任意一項所述多金屬碳基催化劑的制備方法，其特征在于，以糖類為基礎，進行氮雜化處理和ph中和處理；

10.權(quán)利要求1-8任意一項所述多金屬碳基催化劑或者權(quán)利要求9所述制備方法在生產(chǎn)燃料電池或金屬空氣電池中的應用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及氧化還原催化劑技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種多金屬碳基催化劑及其制備方法和應用。本發(fā)明所述多金屬碳基催化劑由包括糖類、金屬化合物、含氮化合物和造孔劑的原料制備得到；糖類的重量份為0.15~0.25；金屬化合物有至少兩種，每種金屬化合物的重量份為0.16~0.47；含氮化合物的重量份為2.5~5。本發(fā)明提供的多金屬碳基催化劑具有良好的穩(wěn)定性，且在高電流密度下具有出色催化活性。

技術(shù)研發(fā)人員：劉坤,胡可,凌雨靜,張昂立,管祥龍,張楠楠,李豪義,劉凱奇,劉孝武,陳新,單祥歡
受保護的技術(shù)使用者：皖西學院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9