【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及复合材料催化剂的，尤其是一种碳基多元金属催化剂及其制备方法与应用。
技术介绍
1、为了减少能源消耗不断上升对环境的影响，就有必要开始使用可再生能源，而清洁、绿色和可再生能源的开发和利用刻不容缓。近些年，作为新兴的能源技术，燃料电池因采用氢气和氧气作为燃料的循环组合，具有高能、长效利用和无污染的优点而被科研人员关注，其阴极电极上动力学缓慢的氧气还原反应(orr)是电池性能的重要组分，而阴极电极上的金属催化剂是决定氧气还原反应关键因素。
2、目前，多元金属催化剂制备方法一般采用浸渍法直接在碳载体上生长过渡金属。然而，燃料电池工况情况下，催化剂颗粒耐久性变差，内部的过渡金属元素容易溶出，导致催化剂颗粒聚集和二次生长，催化剂颗粒利用率和活性下降。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种碳基多元金属催化剂及其制备方法与应用。
2、本专利技术的第一个目的在于提供一种碳基多元金属催化剂，所述碳基多元金属催化剂为c/x-r/x-au/x@hc，呈核壳结构，以多孔碳、含x的金属层为内核，以及依次包裹在内核表面的含r/x的金属合金层、含au/x的金属合金层和硬碳层；
3、所述多孔碳的孔隙中嵌入含x金属的多元金属合金；
4、其中，x选自ti、mo、co、fe、cu、cr、mn、zn中的一种或多种；
5、r为pt、ru、ir元素中的一种或多种，
6、hc为硬碳层，@表示包裹的关系。
7、在
8、所述碳基多元金属催化剂为球形结构、类球形结构、椭圆结构。
9、本专利技术的第二个目的在于提供一种如所述的碳基多元金属催化剂的制备方法，包括以下步骤：
10、(1)将第一碳源、第二碳源混合得到第一混合液，将60wt％-99wt％的第一混合液置于反应腔体中，并加入含氨催化剂进行混合，再加入氮源、活性剂以及剩余的第一混合液，在60-110℃下搅拌1-5h，得到低聚物；
11、(2)将步骤(1)所得低聚物加热煅烧，通入气体，进行气体刻蚀，得到多孔碳；
12、(3)将步骤(2)中所得多孔碳加入到溶剂中，加入含x的金属盐进行分散、吸附，再加入含r的化合物，进行分散、吸附，加热处理，破碎过筛得到的粉末送至流态化床进行第一次气流烧结处理，形成r/x金属合金层；
13、(4)将步骤(3)经过第一次气流烧结得到的粉末加入到溶剂中，再加入含x的金属盐、氯金酸，进行分散、吸附1-4h，120-200℃处理12-24h，粉碎过筛，得到的粉末送至流态化床进行第二次气流烧结处理，形成au/x层，再通入含碳气体进行在400-750℃下加热8-40min实现裂解包覆，形成包裹au/x层的硬碳层，得到所述碳基多元金属催化剂；
14、其中，x选自ti、mo、co、fe、cu、cr、mn、zn中的一种或多种；
15、r为pt、ru、ir元素中的一种或多种。
16、在本专利技术的一个实施例中，步骤(1)中，所述第一碳源选自苯酚、对苯甲酚、间苯甲酚、邻苯甲酚、对苯二酚、间苯二酚、邻苯二酚中的一种或多种；
17、所述第二碳源选自乙醛、乙二醛、甲醛、邻苯二甲醛、对苯二甲醛、间苯二甲醛中的一种或多种；
18、所述含氨催化剂的质量为第一碳源和第二碳源总重量的0.2％-1.5％；
19、所述含氨催化剂为氨、碳酸铵、草酸铵中的一种或多种；
20、所述氮源包括吡咯、乙二胺、苯胺、苯甲胺、对苯二胺、间苯二胺、尿素中的一种或多种；通过增加氮源，可以提高碳的活性。
21、所述活性剂选自十六烷/十二烷基三甲基氯化铵、聚环氧丙烷、聚环氧乙烷、聚二乙醇的一种或多种；
22、所述第一碳源、第二碳源的加入量按照第一碳源中的酚、第二碳源中的醛摩尔比10：4-45混合；
23、所述氮源、活性剂的用量比分别为第一碳源和第二碳源的总重量的2％-15％、0.02％-0.1％；
24、所述低聚物的颗粒大小为10-90nm。
25、在本专利技术的一个实施例中，步骤(2)中，所述加热煅烧的条件：升温速率2-8℃/min，煅烧温度为500-1200℃，煅烧时间为3-10h；
26、所述气体选自氧气、一氧化碳和二氧化碳中的一种或多种；
27、所述气体的气流量为0.02-0.5m3/h；
28、所述气体刻蚀的时间为1-4h；
29、所述吸附的时间为1-4h；
30、所述加热处理的条件：温度为120-200℃，处理时间为12-32h。
31、在本专利技术的一个实施例中，步骤(3)中，所述溶剂选自水、甲醇、乙醇、丙酮的一种或者多种；
32、所述金属盐为硝酸盐和/或氯化盐；
33、所述含r的化合物选自氯铂酸、氯钌酸、氯铱酸中的一种或多种；
34、所述第一次气流烧结处理：升温速率为5-20℃/min，流态化床反应器的温度为400-800℃，通入混合气体，烧结45-300min；
35、所述混合气体包括非活性气体和氢气，所述非活性气体与氢气的气流比1：0.4-3，所述非活性气体选自氮气和/或氩气。
36、在本专利技术的一个实施例中，步骤(4)中，所述粉末、含x的金属盐与氯金酸的质量比为75-110：2-40：1-20；
37、所述第二次气流烧结处理：升温速率3-20℃/min，流态化床反应器的温度为300-700℃，通入混合气体，烧结30-180min；
38、所述混合气体包括非活性气体和氢气，所述非活性气体与氢气的气流比为1：0.1-2，所述非活性气体选自氮气和/或氩气；
39、含碳气体为有机气体与非活性气体，所述有机气体选自乙炔、乙烯、丁炔和丙烯中的一种或多种；所述有机气体与非活性气体的气流比为0.1-0.5：1。
40、本专利技术的第三个目的在于提供一种金属空气电池，包括阴极电极，所述阴极电极的催化剂采用如所述碳基多元金属催化剂或所述的制备方法所得碳基多元金属催化剂。
41、本专利技术的第四个目的在于提供一种氢氧燃料电池，包括阴极电极，所述阴极电极的催化剂采用所述碳基多元金属催化剂或所述的制备方法所得碳基多元金属催化剂。
42、本专利技术的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
43、1、本专利技术的碳基多元金属催化剂从内到外构建多孔碳、多孔碳中孔隙内部的含x合金金属、多元金属内核、含r/x的金属合金层、含au/x的金属合金层，第一次气流烧结处理，内部的x(x＝ti、mo、co、fe、cu、cr、mn、zn等)元素与表面附着的无序r元素(r＝pt、ru、ir)结合烧结得到有序的r/x层，第二次气流烧结处理，表面附着的无序x元素、金元素结合烧结得到有序的au/x金属合金层、不饱和碳低本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种碳基多元金属催化剂，其特征在于，所述碳基多元金属催化剂为C/X-R/X-Au/X@HC，呈核壳结构，以多孔碳、含X的金属层为内核，以及依次包裹在内核表面的含R/X的金属合金层、含Au/X的金属合金层和硬碳层；
2.根据权利要求1所述的碳基多元金属催化剂，其特征在于，所述碳基多元金属催化剂粒径为20-260nm；
3.一种如权利要求1-2中任一项所述的碳基多元金属催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述第一碳源选自苯酚、对苯二甲酚、间苯二甲酚、邻苯二甲酚、对苯二酚、间苯二酚、邻苯二酚中的一种或多种；
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述加热煅烧的条件：升温速率2-8℃/min，煅烧温度为500-1200℃，煅烧时间为3-10h；
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述溶剂选自水、甲醇、乙醇、丙酮的一种或者多种；
<...【技术特征摘要】
1.一种碳基多元金属催化剂，其特征在于，所述碳基多元金属催化剂为c/x-r/x-au/x@hc，呈核壳结构，以多孔碳、含x的金属层为内核，以及依次包裹在内核表面的含r/x的金属合金层、含au/x的金属合金层和硬碳层；
2.根据权利要求1所述的碳基多元金属催化剂，其特征在于，所述碳基多元金属催化剂粒径为20-260nm；
3.一种如权利要求1-2中任一项所述的碳基多元金属催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述第一碳源选自苯酚、对苯二甲酚、间苯二甲酚、邻苯二甲酚、对苯二酚、间苯二酚、邻苯二酚中的一种或多种；
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中...
【专利技术属性】
技术研发人员：李山，张世明，
申请(专利权)人：上海佑大能源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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