一种利用秸秆制备高效氧气还原催化剂的方法及其在中性电池中的应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种利用农作物废弃物制备高性能催化剂材料的方法，尤其是一种利 用秸杆制备高效氧气还原催化剂的方法。
【背景技术】
[0002] 氧气还原反应是燃料电池和金属-空气电池中最常见的阴极反应，即氧气经4电 子路径被还原，结合电子和质子转化为水。
【主权项】
1. 一种利用秸杆制备高效氧气还原催化剂的方法，其特征是方法为：1)水热炭化：将 秸杆与水按一定质量比置于水热釜中，在一定的温度范围下水热炭化，炭化时间4-12h;所 述的温度范围为150_250°C，优选170-190°C;所述的秸杆与水的质量比范围为1/3~ 1/10 ; 2) 冷冻干燥：将步骤1中的水热炭化产物过滤，除去可流动的水分；接着将滤渣置于低 于〇°C的温度下预冻，最后在-20 ~ -50°C温度下冷冻干燥； 3) 高温掺杂：将步骤2中的冷冻干燥产物置于高温炉中，在惰性气体(氮气或氩气）的 保护下，混入一定比例的掺杂气体，加热到800-1200°C，并在最终温度恒温l_2h后，自然冷 却、取出得到高效氧气还原催化剂；所述的惰性气体与掺杂气体的体积比例范围为5 ~ 2。
2. 根据权利要求1所述的一种利用秸杆制备高效氧气还原催化剂的方法，其特征是所 述秸杆包括小麦、水稻、玉米、薯类、油料、棉花、甘蔗等农作物在收获籽实后的剩余部分。
3. 根据权利要求1所述的一种利用秸杆制备高效氧气还原催化剂的方法，其特征是其 掺杂源是含N、P、S、B等一种或多种杂元素，并且受热可分解的释放杂元素的物质；掺杂源 的形态可以是固体和气体。
4. 根据权利要求3所述的一种利用秸杆制备高效氧气还原催化剂的方法，其特征是所 述掺杂气体包括氨气、二氧化硫等，优选氨气。
5. 根据权利要求3所述的一种利用秸杆制备高效氧气还原催化剂的方法，其特征是固 体掺杂源主要为能溶于水的盐类，包括铵盐、硫酸盐、磷酸盐、硼盐，以及它们的复盐。
6. 根据权利要求1所述的一种利用秸杆制备高效氧气还原催化剂的方法，其特征是还 可以以三聚氰胺为掺杂源；所述的三聚氰胺与稻杆的质量比为1/5~1/20。
7. 根据权利要求1所述的一种利用秸杆制备高效氧气还原催化剂的方法，其特征是利 用秸杆制备高效氧气还原催化剂特别适用于中性环境中运行的微生物燃料电池。
【专利摘要】本发明公开一种利用秸秆制备高效氧气还原催化剂的方法及其在中性电池中的应用。该方法以秸秆原料，经过水热炭化、冷冻干燥和高温掺杂三个步骤来制备高效的氧气还原催化剂。该催化剂在碱性、酸性和中性条件下催化氧气还原反应的性能与20wt% Pt/C催化剂相当，而其成本却远远低于同类催化剂。该方法可实现再生资源利用和环境保护双重目的。该催化剂不仅可广泛用于碱性和酸性条件下的金属-空气电池和燃料电池，特别适用于中性条件的微生物燃料电池。
【IPC分类】H01M4-88, B01J27-24, H01M4-90, B01J21-18
【公开号】CN104785283
【申请号】CN201510131512
【发明人】陈水亮, 侯豪情, 刘浪
【申请人】江西师范大学
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年3月25日