本發(fā)明涉及催化劑技術領域，特別是涉及一種復合催化劑及其制備方法和應用。

背景技術：

近來年，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，而受到廣泛關注。金屬空氣電池和燃料電池的核心技術之一是如何制備廉價而又性能優(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，但同樣因為其成本，難于大規(guī)模使用；后來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，有待進一步提高。

技術實現(xiàn)要素：

基于此，本發(fā)明的目的是提供一種催化活性優(yōu)異的復合催化劑的制備方法。

具體的技術方案如下：

一種復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a；

將物質a在惰性氣體氛圍中于550-1100℃恒溫處理1-5h，得物質b；

將物質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c；

將物質c于200-500℃恒溫處理4-10h，得物質d；

再用濃度為0.1-2m的酸溶液對物質d進行酸化處理，得物質e；

將物質e漂洗至中性，干燥后球磨，即得所述復合催化劑。

在其中一個實施例中，所述碳源加入金屬鹽溶液前還進行粉碎處理，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量體積比為0.5-5g/ml。

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

在其中一個實施例中，所述表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉或十二烷基硫酸鈉。

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

在其中一個實施例中，所述酸溶液為硫酸溶液、鹽酸溶液或硝酸溶液。

在其中一個實施例中，所述物質e的干燥溫度為100-300℃，干燥時間為5-48h。

本發(fā)明的另一目的是提供一種催化性能優(yōu)異的復合催化劑。

上述制備方法制備得到的復合催化劑。

本發(fā)明的另一目的是提供上述復合催化劑的應用。

上述復合催化劑在制備金屬空氣電池或燃料電池中的應用。

上述復合催化劑具有如下優(yōu)點：

(1)選擇廉價的碳源，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)復合催化劑mxoy/c/mno2的結構為：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導電性能，同時，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。該結構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，合成路線簡單易行，原料低廉，適合大批量工業(yè)化生產(chǎn)。

附圖說明

圖1為實施例1得到的復合催化劑與鉑碳催化劑的電流-電壓比較圖；

圖2為實施例2得到的復合催化劑與鉑碳催化劑的電流-電壓比較圖；

圖3為實施例3得到的復合催化劑與鉑碳催化劑的電流-電壓比較圖。

具體實施方式

為了便于理解本發(fā)明，下面將對本發(fā)明進行更全面的描述。但是，本發(fā)明可以以許多不同的形式來實現(xiàn)，并不限于本文所描述的實施例。相反地，提供這些實施例的目的是使對本發(fā)明的公開內(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和科學術語與屬于本發(fā)明的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施例的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。本文所使用的術語“和/或”包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。

實施例1

本實施例一種復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(二者的質量體積比為3g/ml)，溶液攪拌30h，抽濾漂洗干燥后得到物質a；

(2)將物質a在n2氛圍里800℃恒溫處理3h后得到物質b，研磨物質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b與所述錳化合物溶液的質量體積比為3g/ml)，80℃攪拌蒸干，得到物質c；

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

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

上述復合催化劑fe2o3/c/mno2可應用于制備金屬空氣電池或燃料電池。

上述復合催化劑fe2o3/c/mno2與鉑碳催化劑的電流-電壓的比較如圖1所示。

實施例2

本實施例一種復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(二者的質量體積比為1g/ml)，溶液攪拌40h，抽濾漂洗干燥后得到物質a；

(2)將物質a在n2氛圍里1000℃恒溫處理3h后得到物質b，研磨物質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b與所述錳化合物溶液的質量體積比為5g/ml)，90℃攪拌蒸干，得到物質c；

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

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

上述復合催化劑co2o3/c/mno2可應用于制備金屬空氣電池或燃料電池。

上述復合催化劑co2o3/c/mno2與鉑碳催化劑的電流-電壓的比較如圖2所示。

實施例3

本實施例一種復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(二者的質量體積比為5g/ml)，溶液攪拌20h，抽濾漂洗干燥后得到物質a；

(2)將物質a在n2氛圍里650℃恒溫處理5h后得到物質b，研磨物質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b與所述錳化合物溶液的質量體積比為1g/ml)，90℃攪拌蒸干，得到物質c；

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

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

上述復合催化劑ni2o3/c/mno2可應用于制備金屬空氣電池或燃料電池。

上述復合催化劑ni2o3/c/mno2與鉑碳催化劑的電流-電壓的比較如圖3所示。

以上所述實施例的各技術特征可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術特征所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術特征的組合不存在矛盾，都應當認為是本說明書記載的范圍。

以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。