一种多金属碳基催化剂及其制备方法和应用

本发明涉及氧化还原催化剂，尤其涉及一种多金属碳基催化剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、化石能源（包括煤炭、石油和天然气）长期以来一直是主要的能源来源。然而，过度使用化石燃料导致了能源危机以及许多环境和气候问题，如温室气体排放和全球变暖。为了应对这些问题，并实现能源的可持续发展，人们开始寻找新的能源技术。燃料电池被认为是一种潜力巨大的可持续能源技术，其主要优势包括高效能转化、零排放、低噪音和灵活性等。它们可以广泛应用于交通运输、电力供应、建筑和移动设备等领域。而且，燃料电池可以使用各种可再生能源制备氢气，例如太阳能、风能和生物质能等。氧化还原反应是燃料电池能量转换的核心步骤，然而目前市场上主流的催化剂主要是以铂碳为基础的贵金属催化剂，其成本高昂且稳定性较差。因此亟待需要寻找一种对环境友好、价格低廉且具有良好稳定性和催化活性的催化剂。

2、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种多金属碳基催化剂及其制备方法和应用。

2、具体的，本发明的技术方案如下：

3、第一方面，本发明提供了一种多金属碳基催化剂，其由包括糖类、金属化合物、含氮化合物和造孔剂的原料制备得到；糖类的重量份为0.15~0.25；金属化合物有至少两种，每种金属化合物的重量份为0.16~0.47；含氮化合物的重量份为2.5~5。

4、优选地，所述金属化合物选自含铜化合物、含铁化合物和含钴化合物中的至少两种。

5、优选地，所述金属化合物选自氯盐、乙酸盐、硫酸盐。

6、优选地，所述金属化合物选自乙酸铁和乙酸钴；或者，所述金属化合物选自氯化铁和氯化铜。

7、优选地，乙酸铁的重量份为0.15~0.23；和/或，乙酸钴的重量份为0.12-0.20；和/或，氯化铁的重量份为0.20-030；和/或，氯化铜的重量份为0.42-0.52。

8、优选地，所述造孔剂为氯化钠。

9、优选地，所述含氮化合物选自尿素和/或双氰胺。

10、优选地，糖类和含氮化合物的重量比为1：（12~26.6）。

11、第二方面，本发明提供了所述多金属碳基催化剂的制备方法，以糖类为基础，进行氮杂化处理和ph中和处理；

12、所述氮杂化处理包括：在室温（约20±5℃）条件下将糖类、金属化合物、含氮化合物置于5±1℃/min升温速率下升温至800±50℃，保温1±0.2h。

13、所述ph中和处理包括：将氮杂化处理后的物料置于水中得到悬浮液，调节悬浮液的ph值至1~1.5，200-700r/min搅拌5±2h；再调节悬浮液ph值至中性，烘干。

14、本发明采用掺杂双金属对糖类碳进行化学改性，之后进行氮掺杂得到一种双金属碳基催化剂。本发明提供的双金属碳基催化剂原料安全环保，同时具有优异的氧化还原性能，能够广泛应用于各类燃料电池和金属空气电池，为代替昂贵的商业化铂碳提供了一种新思路。

15、第三方面，本发明提供了所述多金属碳基催化剂或者所述制备方法在生产燃料电池或金属空气电池中的应用。

16、有益效果：

17、本发明提供了一种多金属碳基催化剂及其制备方法和应用。本发明所述多金属碳基催化剂由包括糖类、金属化合物、含氮化合物和造孔剂的原料制备得到；糖类的重量份为0.15~0.25；金属化合物有至少两种，每种金属化合物的重量份为0.16~0.47；含氮化合物的重量份为2.5~5。本发明提供的多金属碳基催化剂具有良好的稳定性，且在高电流密度下具有出色催化活性。

技术特征：

1.多金属碳基催化剂，其特征在于，由包括糖类、金属化合物、含氮化合物和造孔剂的原料制备得到；糖类的重量份为0.15~0.25；金属化合物有至少两种，每种金属化合物的重量份为0.16~0.47；含氮化合物的重量份为2.5~5。

2.根据权利要求1所述多金属碳基催化剂，其特征在于，所述金属化合物选自含铜化合物、含铁化合物和含钴化合物中的至少两种。

3.根据权利要求1或2所述多金属碳基催化剂，其特征在于，所述金属化合物选自氯盐、乙酸盐、硫酸盐。

4.根据权利要求1-3任意一项所述多金属碳基催化剂，其特征在于，所述金属化合物选自乙酸铁和乙酸钴；或者，所述金属化合物选自氯化铁和氯化铜。

5.根据权利要求4所述多金属碳基催化剂，其特征在于，乙酸铁的重量份为0.15~0.23；和/或，乙酸钴的重量份为0.12-0.20；和/或，氯化铁的重量份为0.20-030；和/或，氯化铜的重量份为0.42-0.52。

6.根据权利要求1-5任意一项所述多金属碳基催化剂，其特征在于，所述造孔剂为氯化钠。

7.根据权利要求1-6任意一项所述多金属碳基催化剂，其特征在于，所述含氮化合物选自尿素和/或双氰胺。

8.根据权利要求1-7任意一项所述多金属碳基催化剂，其特征在于，糖类和含氮化合物的重量比为1：（12~26.6）。

9.权利要求1-8任意一项所述多金属碳基催化剂的制备方法，其特征在于，以糖类为基础，进行氮杂化处理和ph中和处理；

10.权利要求1-8任意一项所述多金属碳基催化剂或者权利要求9所述制备方法在生产燃料电池或金属空气电池中的应用。

技术总结
本发明涉及氧化还原催化剂技术领域，尤其涉及一种多金属碳基催化剂及其制备方法和应用。本发明所述多金属碳基催化剂由包括糖类、金属化合物、含氮化合物和造孔剂的原料制备得到；糖类的重量份为0.15~0.25；金属化合物有至少两种，每种金属化合物的重量份为0.16~0.47；含氮化合物的重量份为2.5~5。本发明提供的多金属碳基催化剂具有良好的稳定性，且在高电流密度下具有出色催化活性。

技术研发人员：刘坤,胡可,凌雨静,张昂立,管祥龙,张楠楠,李豪义,刘凯奇,刘孝武,陈新,单祥欢
受保护的技术使用者：皖西学院
技术研发日：
技术公布日：2025/1/9