1.一種氮摻雜碳納米管/碳復(fù)合氧還原催化劑,其特征在于:該催化劑通過包括以下步驟的制備方法制得:
1)碳納米管/三聚氰胺復(fù)合物(CNT-MAM)的制備:將碳納米管(CNTs)在有機(jī)溶劑(例如無水乙醇)中混勻分散,獲得分散體,在所得分散體中添加三聚氰胺(MAM)以獲得混合物,然后在加熱的情況下(優(yōu)選在45℃-有機(jī)溶劑沸點(diǎn)之間的溫度下加熱的情況下,更優(yōu)選在加熱回流的情況下)攪拌混合物讓三聚氰胺修飾碳納米管,分離出(例如通過過濾或抽濾分離出)固體物并進(jìn)行干燥,制備碳納米管/三聚氰胺復(fù)合物(CNT-MAM);
2)碳納米管/聚(三聚氰胺-醛)復(fù)合物的制備:將步驟1)中制備的碳納米管/三聚氰胺復(fù)合物(CNT-MAM)與三聚氰胺和醛類化合物在有機(jī)溶劑(如無水二甲基亞砜)中進(jìn)行原位聚合,合成碳納米管/聚(三聚氰胺-醛)復(fù)合物;和
3)制備氮摻雜碳納米管/碳復(fù)合氧還原催化劑:通過高溫?zé)峤馓技{米管/聚(三聚氰胺-醛)復(fù)合物,制備氮摻雜碳納米管/碳復(fù)合催化劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的催化劑,其特征在于:所述步驟1)如下進(jìn)行:將碳納米管(CNTs)置于有機(jī)溶劑(例如無水乙醇)中,利用超聲波處理進(jìn)行混勻分散,獲得分散體,在所得分散體中再添加三聚氰胺(MAM)在加熱回流的情況下進(jìn)行攪拌,冷卻后進(jìn)行分離(例如過濾或抽濾)、洗滌、干燥,得到碳納米管/三聚氰胺復(fù)合物(CNT-MAM);或
所述步驟2)如下進(jìn)行:將步驟1制備的碳納米管/三聚氰胺復(fù)合物(CNT-MAM)分散在有機(jī)溶劑(例如無水二甲基亞砜(DMSO)或DMSO水溶液)中獲得分散體,然后分散體在反應(yīng)器中(例如在內(nèi)襯為聚四氟乙烯的反應(yīng)釜中)被攪拌的情況下下依次添加三聚氰胺(MAM)和醛類化合物,加熱讓反應(yīng)混合物進(jìn)行反應(yīng),然后將混合物冷卻而得到固體物,將固體物進(jìn)行破碎(例如碾碎)、洗滌(例如用熱水和乙醇洗滌)、干燥,得到碳納米管/聚(三聚氰胺-醛)復(fù)合物;或
所述步驟3)如下進(jìn)行:所得碳納米管/聚(三聚氰胺-醛)復(fù)合物在惰性氣氛中進(jìn)行熱裂解,即得氮摻雜碳納米管/碳復(fù)合氧還原催化劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的催化劑,其特征在于:在步驟1)中,碳納米管(CNTs)與三聚氰胺(MAM)的重量之比是1:1.2-3,優(yōu)選是1:1.4-2.8,更優(yōu)選是1:1.6-2.4;和/或
在步驟2)中,碳納米管/三聚氰胺復(fù)合物(CNT-MAM)、三聚氰胺和醛類化合物的三者重量之比是1:1.2-3:1.3-5.5,優(yōu)選是1:1.4-2.8:1.5-5.0,更優(yōu)選是1:1.6-2.4:1.7-4.5。
4.根據(jù)權(quán)利要求2-4中任一所述的催化劑,其特征在于:所述步驟3)如下進(jìn)行:所得碳納米管/聚(三聚氰胺-醛)復(fù)合物在惰性氣氛中在600~1500℃、優(yōu)選650-1200℃、更優(yōu)選700-1000℃的溫度下熱處理,即得氮摻雜碳納米管/碳復(fù)合氧還原催化劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一所述的催化劑,其特征在于:所述的醛類化合物是一元醛、二元醛或多元醛中的一種或多種,優(yōu)選是選自于甲醛、苯甲醛、丙烯醛、乙二醛、檸檬醛或異環(huán)檸檬醛中的一種或多種。
6.一種氮摻雜碳納米管/碳復(fù)合氧還原催化劑的制備方法或制備權(quán)利要求1-5中任何一項(xiàng)所述的氮摻雜碳納米管/碳復(fù)合氧還原催化劑的方法,該方法包括以下步驟:
1)碳納米管/三聚氰胺復(fù)合物(CNT-MAM)的制備:將碳納米管(CNTs)在有機(jī)溶劑(例如無水乙醇)中混勻分散,獲得分散體,在所得分散體中添加三聚氰胺(MAM)以獲得混合物,然后在加熱的情況下(優(yōu)選在45℃-有機(jī)溶劑沸點(diǎn)之間的溫度下加熱的情況下,更優(yōu)選在加熱回流的情況下)攪拌混合物讓三聚氰胺修飾碳納米管,分離出(例如通過過濾或抽濾分離出)固體物并進(jìn)行干燥,制備碳納米管/三聚氰胺復(fù)合物(CNT-MAM);
2)碳納米管/聚(三聚氰胺-醛)復(fù)合物的制備:將步驟1)中制備的碳納米管/三聚氰胺復(fù)合物(CNT-MAM)與三聚氰胺和醛類化合物在有機(jī)溶劑(如無水二甲基亞砜)中進(jìn)行原位聚合,合成碳納米管/聚(三聚氰胺-醛)復(fù)合物;和
3)制備氮摻雜碳納米管/碳復(fù)合氧還原催化劑:通過高溫?zé)峤馓技{米管/聚(三聚氰胺-醛)復(fù)合物,制備氮摻雜碳納米管/碳復(fù)合催化劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法,其特征在于:所述步驟1)如下進(jìn)行:將碳納米管(CNTs)置于有機(jī)溶劑(例如無水乙醇)中,利用超聲波處理進(jìn)行混勻分散,獲得分散體,在所得分散體中再添加三聚氰胺(MAM)在加熱回流的情況下進(jìn)行攪拌,冷卻后進(jìn)行分離(例如過濾或抽濾)、洗滌、干燥,得到碳納米管/三聚氰胺復(fù)合物(CNT-MAM);或
所述步驟2)如下進(jìn)行:將步驟1制備的碳納米管/三聚氰胺復(fù)合物(CNT-MAM)分散在有機(jī)溶劑(例如無水二甲基亞砜(DMSO)或DMSO水溶液)中獲得分散體,然后分散體在反應(yīng)器中(例如在內(nèi)襯為聚四氟乙烯的反應(yīng)釜中)被攪拌的情況下下依次添加三聚氰胺(MAM)和醛類化合物,加熱讓反應(yīng)混合物進(jìn)行反應(yīng),然后將混合物冷卻而得到固體物,將固體物進(jìn)行破碎(例如碾碎)、洗滌(例如用熱水和乙醇洗滌)、干燥,得到碳納米管/聚(三聚氰胺-醛)復(fù)合物;或
所述步驟3)如下進(jìn)行:所得碳納米管/聚(三聚氰胺-醛)復(fù)合物在惰性氣氛中進(jìn)行熱裂解,即得氮摻雜碳納米管/碳復(fù)合氧還原催化劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法,其特征在于:在步驟1)中,碳納米管(CNTs)與三聚氰胺(MAM)的重量之比是1:1.2-3,優(yōu)選是1:1.4-2.8,更優(yōu)選是1:1.6-2.4;和/或
在步驟2)中,碳納米管/三聚氰胺復(fù)合物(CNT-MAM)、三聚氰胺和醛類化合物的三者重量之比是1:1.2-3:1.3-5.5,優(yōu)選是1:1.4-2.8:1.5-5.0,更優(yōu)選是1:1.6-2.4:1.7-4.5。
9.根據(jù)權(quán)利要求6-8中任一所述的方法,其特征在于:所述步驟3)如下進(jìn)行:所得碳納米管/聚(三聚氰胺-醛)復(fù)合物在惰性氣氛中在600~1500℃、優(yōu)選650-1200℃、更優(yōu)選700-1000℃的溫度下熱處理,即得氮摻雜碳納米管/碳復(fù)合氧還原催化劑。
10.根據(jù)權(quán)利要求6-8中任一所述的方法,其特征在于:所述的醛類化合物是一元醛、二元醛或多元醛中的一種或多種,優(yōu)選是選自于甲醛、苯甲醛、丙烯醛、乙二醛、異環(huán)檸檬醛中的一種或多種。