[發(fā)明專利]石墨烯負(fù)載鉑納米催化劑的制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010523363.5
• 申請(qǐng)日: 2010-10-28
• 公開（公告）號(hào): CN101966453A
• 公開（公告）日: 2011-02-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邱健丁;王果沖;梁汝萍;崔三觀
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南昌大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J23/42
• 分類號(hào): B01J23/42;H01M4/92
• 代理公司: 南昌洪達(dá)專利事務(wù)所 36111
• 代理人: 劉凌峰

技術(shù)領(lǐng)域

?本發(fā)明涉及一種催化劑的制備方法，尤其涉及一種石墨烯負(fù)載鉑納米催化劑的制備方法。

背景技術(shù)

燃料電池是一種不經(jīng)過燃燒直接以化學(xué)反應(yīng)的方式將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的能量裝置，具有能量轉(zhuǎn)化密度高、污染小、燃料多樣化、可靠性高、噪音低及便于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，已受到世界各國的高度重視。其中直接甲醇燃料電池的研究更令人關(guān)注。它可用于動(dòng)力電源、移動(dòng)電話和膝上型電腦電源等等，被認(rèn)為最有可能得到大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的替代能源技術(shù)之一。但是直接甲醇燃料電池的陽極催化劑存在電催化活性低，并且在電催化氧化甲醇的同時(shí)產(chǎn)生的CO可以使催化劑中毒，從而大幅度降低電池的性能。因此，提高催化劑的電催化活性和抗中毒的能力已成為燃料電池研究急需解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。

就直接甲醇燃料電池而言，目前研究的催化劑主要分為兩種，即貴金屬系列催化劑和非貴金屬系列催化劑。非貴金屬系列催化劑由于其成本低，近幾年也被廣泛研究，但是非貴金屬系列催化劑普遍存在電催化活性低，穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)，因而未得到長遠(yuǎn)的發(fā)展。目前研究最廣泛，應(yīng)用最普遍的仍然是貴金屬系列催化劑，鉑基催化劑被認(rèn)為是最好的電催化劑。其主要基于以下兩方面原因：其一，鉑基催化劑在強(qiáng)酸性和強(qiáng)堿性電解質(zhì)中仍然穩(wěn)定存在；其二，鉑基催化劑自身具有很高的氧氣還原催化活性。由于鉑的價(jià)格昂貴，資源有限，且單純的鉑對(duì)甲醇的催化效率低、容易中毒，因此要實(shí)現(xiàn)燃料電池的商業(yè)化，必須進(jìn)一步降低鉑的使用量，并且提高電催化活性和抗中毒能力。為提高鉑的利用率和電催化活性以及抗中毒的能力，主要可以從以下兩個(gè)方面解決這個(gè)問題：一方面是合成Pt和過渡金屬的合金（Choi,?J.?H.;?Park,?K.?W.;?Kwon,?B.?K.;?Sung,?Y.?E.?J.?Electrochem.?Soc.?2003,?150,?A973-A978;?Peng,?Z.?M.;?Yang,?H.?J.?Am.?Chem.?Soc.?2009,?131,?7542-7543;?Lim,?B.;?Jiang,?M.;?Camargo,?P.?H.?C.;?Cho,?E.?C.;?Tao,?J.;?Lu,?X.;?Zhu,?Y.;?Xia,?Y.?Science?2009,?324,?1302-1305.），另一方面是選擇合適的碳載體制備顆粒細(xì)小、均勻分散的Pt/C電催化劑（Wang,?S.?Y.;?Jiang,?S.?P.;?White,?T.?J.;?Guo,?J.;?Wang,?X.?J.?Phys.?Chem.?C?2009,?113,?18935-18945;?Sellin,?R.;?Grolleau,?C.;?Arrii-Clacens,?S.;?Pronier,?S.;?Clacens,?J.?M.;?Coutanceau,?C.;?Leger,?J.?M.?J.?Phys.?Chem.?C?2009,?113,?21735-21744.）。常用的碳載體有Vulcan?XC-72、富勒烯、碳納米管等。這些碳載體雖然較好的導(dǎo)電性和分散性，但是由于表面的憎水性，使得負(fù)載過程不易進(jìn)行，通常需要對(duì)其進(jìn)行表面修飾。相比較于這些碳材料，石墨烯由于表面帶有豐富的親水基（—OH，—COOH，—C=O等）、高電導(dǎo)率（10³-10⁴?S/m）、大表面積（2600?m²/g），近年已被廣泛作為鉑基催化劑的載體（Seger,?B.;?Kamat,?P.?V.?J.?Phys.?Chem.?C?2009,?113,?7990-7995;?Qu,?L.?T.;?Liu,?Y.;?Baek,?J.?B.;?Dai,?L.?M.?ACS?Nano?2010,?4,?1321-1326.）。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種石墨烯負(fù)載鉑納米催化劑的制備方法，本發(fā)明通過在GNS表面修飾PDDA，為負(fù)載Pt?NPs提供了大量的活性位點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)了Pt?NPs在GNS表面的均勻可控負(fù)載。Pt?NPs粒徑為4~6?nm，且隨反應(yīng)物投料比的改變，粒徑無明顯變化。采用該方法制備的Pt/GNS催化劑能大幅度提高對(duì)甲醇和氧氣的催化效率。通過電化學(xué)檢測表明，Pt/GNS催化劑有效提高了Pt催化劑的利用率和催化性能。

本發(fā)明是這樣來實(shí)現(xiàn)的，方法步驟為：