一种氧还原催化剂的制备方法和产品及其应用技术

本发明专利技术公开了一种氧还原催化剂的制备方法和产品及其应用，包括，将含有过渡金属的MOFs、离子液体[BMIM]NTf2和炭黑混合，通过高温热解，制得所述催化剂；其中，含有过渡金属的MOFs与炭黑的质量比为1：1～1.5，离子液体与含有过渡金属的MOFs的体积质量比以μL：g计为15～30：0.04；高温热解温度为400～800℃，热解时间为2h，热解氛围为氮气。本发明专利技术提供一种氧还原催化剂的制备方法，将含有过渡金属的MOFs、离子液体([BMIM]NTf2)和炭黑三者进行复配，实现良好的协同催化效果；同时，优选其复配比例，氧还原性能实现最佳的效果。氧还原性能实现最佳的效果。氧还原性能实现最佳的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种氧还原催化剂的制备方法和产品及其应用


[0001]本专利技术属于氧还原催化
，具体涉及到一种氧还原催化剂的制备方法和产品及其应用。

技术介绍

[0002]随着能源消耗和环境恶化的日益增加，发展替代能源和绿色能源已成为当务之急。此外，温室效应、再生化石能源的严重短缺，进一步加剧了寻求更清洁、更高效的能源转换技术的需求。在现阶段能源转型背景下，太阳能以及风能的确因为其具有的分布广泛、储量巨大和极其清洁等特点，成为目前能源发展的主力。但是两者受限于自然环境的影响导致能源供应不稳定，且成本高，转换效率低，无法完全满足社会需求。
[0003]因此，电池作为一种具有高效的能量转换和存储的装置，同时相较于化石能源也有着高效、廉价以及环保的优点，很好的解决了能源发展中所面临的大部分问题。
[0004]发生在阴极的氧还原反应为电化学电池的重要反应过程，通常使用商用的铂基催化剂。然而商用铂基催化剂的长期稳定性差和易甲醇中毒等缺点限制了其使用。此外，铂的低储量和高价格也限制了这类催化剂的大规模应用。因此，开发高效、经济的ORR电催化剂是非常必要的。近年来，过渡金属基催化剂以其理想的催化活性，已被广泛研究应用于氧还原反应(ORR)以取代铂基催化剂。
[0005]Co9S8的电催化行为类似于Pt电极，虽然在作为双功能催化剂的研究中取得了许多有前景的工作，然而传统的Co9S8电导率低、稳定性差和低表面积仍然严重限制其实际应用。

技术实现思路

[0006]本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。
[0007]鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本专利技术。
[0008]因此，本专利技术的目的是，克服现有技术中的不足，提供一种氧还原催化剂的制备方法。
[0009]为解决上述技术问题，本专利技术提供了如下技术方案：将含有过渡金属的MOFs、离子液体[BMIM]NTf2和炭黑混合，通过高温热解，制得所述催化剂；其中，含有过渡金属的MOFs与炭黑的质量比为1：1～1.5，离子液体与含有过渡金属的MOFs的体积质量比以μL：g计为15～30：0.04；
[0010]高温热解温度为400～800℃，热解时间为2h，热解氛围为氮气。
[0011]作为本专利技术所述制备方法的一种优选方案，其中：所述含有过渡金属的MOFs包括ZIF
‑
67和MOFs(Fe，Co)。
[0012]作为本专利技术所述制备方法的一种优选方案，其中：所述ZIF
‑
67，其合成方法，包括，
[0013]将2
‑
甲基咪唑和硝酸钴分别溶于无水甲醇中，搅拌均匀；
[0014]将硝酸钴甲醇溶液缓慢滴加到2
‑
甲基咪唑甲醇溶液中，继续搅拌12h；
[0015]然后用甲醇离心洗涤至上清液为无色，所得产品60℃干燥12h，即得ZIF
‑
67。
[0016]作为本专利技术所述制备方法的一种优选方案，其中：所述MOFs(Fe，Co)，其合成方法，包括，
[0017]将2
‑
甲基咪唑和硝酸钴分别溶于无水甲醇中，搅拌均匀；
[0018]将硝酸钴甲醇溶液缓慢滴加到2
‑
甲基咪唑甲醇溶液中，继续搅拌2h；
[0019]加入乙酰丙酮铁，搅拌12h，然后用甲醇离心洗涤3次，至上清液为无色，所得产品60℃干燥12h，得到的橙色粉末即为MOFs(Fe，Co)。
[0020]作为本专利技术所述制备方法的一种优选方案，其中：所述离子液体[BMIM]NTf2合成方法，包括，
[0021]将双三氟甲磺酰亚胺锂和1
‑
丁基
‑3‑
甲基咪唑六氟磷酸盐溶解至去离子水中，室温搅拌6h；
[0022]用分液漏斗分离上下两层液体，下层液体即为1
‑
丁基
‑3‑
甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺([BMIM]NTf2)离子液体。
[0023]作为本专利技术所述制备方法的一种优选方案，其中：所述高温热解，其中，升温速率为5℃/min。
[0024]作为本专利技术所述制备方法的一种优选方案，其中：所述含有过渡金属的MOFs和炭黑的质量比为1:1.5。
[0025]作为本专利技术所述制备方法的一种优选方案，其中：所述离子液体[BMIM]NTf2与含有过渡金属的MOFs的体积质量比为30μL：0.04g。
[0026]本专利技术的再一个目的是，克服现有技术中的不足，提供一种氧还原催化剂的制备方法制得的产品。
[0027]本专利技术的另一个目的是，克服现有技术中的不足，提供所述产品作为氧还原催化剂中的应用。
[0028]本专利技术有益效果：
[0029](1)本专利技术通过高温热解含有过渡金属的MOFs、离子液体([BMIM]NTf2)和炭黑制备一种高效氧还原催化剂，催化剂合成过程简单，便于重复；同时，制备的催化剂颗粒不易团聚，提高了催化剂的氧还原性能。
[0030](2)本专利技术提供一种氧还原催化剂的制备方法，将含有过渡金属的MOFs、离子液体([BMIM]NTf2)和炭黑三者进行复配，实现良好的协同催化效果；同时，优选其复配比例，氧还原性能实现最佳的效果。
附图说明
[0031]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
[0032]图1为本专利技术实施例1中的催化剂的XRD图。
[0033]图2为本专利技术实施例1中的催化剂的XPS图。
[0034]图3为本专利技术实施例1中的催化剂的TEM图。
[0035]图4为本专利技术实施例1中不同炭黑添加量制得的样品在1600rpm下的LSV图。
[0036]图5为本专利技术实施例1中不同离子液体添加量的样品在1600rpm下的LSV图。
[0037]图6为本专利技术实施例1中的制备的500℃
‑
ZIF
‑
67
‑
C、500℃
‑
ZIF
‑
67
‑
C
‑
[BMIM]BF4和500℃
‑
ZIF
‑
67
‑
C
‑
[BMIM]NTf2氧还原活性图。
[0038]图7为本专利技术实施例2中的制备的500℃
‑
ZIF
‑
67
‑
Fe
‑
C
‑
[BMIM]NTf2和500℃
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氧还原催化剂的制备方法，其特征在于：包括，将含有过渡金属的MOFs、离子液体[BMIM]NTf2和炭黑混合，通过高温热解，制得所述催化剂；其中，含有过渡金属的MOFs与炭黑的质量比为1：1～1.5，离子液体与含有过渡金属的MOFs的体积质量比以μL：g计为15～30：0.04；高温热解温度为400～800℃，热解时间为2h，热解氛围为氮气。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述含有过渡金属的MOFs包括ZIF
‑
67和MOFs(Fe，Co)。3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述ZIF
‑
67，其合成方法，包括，将2
‑
甲基咪唑和硝酸钴分别溶于无水甲醇中，搅拌均匀；将硝酸钴甲醇溶液缓慢滴加到2
‑
甲基咪唑甲醇溶液中，继续搅拌12h；然后用甲醇离心洗涤至上清液为无色，所得产品60℃干燥12h，即得ZIF
‑
67。4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述MOFs(Fe，Co)，其合成方法，包括，将2
‑
甲基咪唑和硝酸钴分别溶于无水甲醇中，搅拌均匀；将硝酸钴甲醇溶液缓慢...

【专利技术属性】
技术研发人员：银凤翔，高秋月，李国儒，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：