[發明專利]一種基于石墨烯的納米電催化劑的制備方法

無效

• 申請號: 201310065276.3
• 申請日: 2013-03-01
• 公開（公告）號: CN103212421A
• 公開（公告）日: 2013-07-24
• 發明（設計）人: 銀鳳翔;王亮;陳標華
• 申請（專利權）人: 北京化工大學常州先進材料研究院
• 主分類號: B01J23/89
• 分類號: B01J23/89;H01M4/90
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種催化劑的制備方法，特別涉及一種基于石墨烯的納米電催化劑的制備方法。?

背景技術

目前常用的鋰空氣電池催化劑是碳負載的Pt基，盡管Pt/C催化劑對氧還原有良好的催化性能，但其氧氣析出性能較低，導致電池效率降低。近年來，雖然非鉑催化劑的研究取得了重大突破，如碳載Pd-Co合金催化劑，催化活性較其它非鉑催化劑有明顯的提高，但與Pt基催化劑相比仍然活性較低。因此，在Pt基催化劑研究方面，重點是提高Pt在載體上的分散性，在提高或保證活性的前提下，減少Pt的負載量。制備高分散的Pt/C催化劑極具挑戰性，從目前的研究情況來看，在制備過程中，貴金屬容易聚集，Pt的分散性不夠高，對降低Pt的負載量不明顯。因此，必須尋找新的制備方法和工藝條件，減少催化劑中Pt的顆粒尺寸，增加Pt在載體上的分散度和有效利用率，來減小催化劑中Pt的負載量。?

發明內容

本發明的目的是提供一種基于石墨烯的納米電催化劑的制備方法，解決現有的碳載體在負載Pt基催化劑時、顆粒大小不易控制且易團聚等缺陷。?

一種基于石墨烯的納米電催化劑的制備方法，其制備過程是：將模板劑加入氧化石墨烯的醇溶液中，超聲振蕩均勻，然后逐滴滴加氯鉑酸和過渡金屬鹽混合溶液，攪拌均勻；然后置于微波爐中，采用加熱2～60s間歇20～200s的方式加熱，反應完成后，用稀鹽酸去除模板劑，抽濾，真空烘干至恒重，得到基于石墨烯的納米電催化劑。?

所述模板劑為納米碳酸鈣、納米氧化鋅。?

所述模板劑的粒徑范圍為100～800nm。?

所述過渡金屬鹽為含V，Cr，Mn，Fe，Co，Ni，Ti，Zr，Mo，Sn，Se中的一種或兩種及以上元素的鹽，并可按任意比例混合的混合物。?

所述Pt元素和過渡金屬元素的摩爾比為1：2～10。?

所述醇溶液中的醇為甲醇、乙醇、乙二醇、異丙醇和丙三醇。?

所述石墨烯在催化劑中的含量為85～99.5%。?

本發明提供一種簡單快速的制備方法，應用微波調控技術和還原性能較溫和的還原劑，將催化劑的活性成分快速均勻地還原到載體的表面。本發明制備步驟簡單，需要的時間短，產品損失小，且提高其對氧的催化還原能力。本發明方法制備得到的催化劑顆粒小、不易團聚，分布均勻、孔徑大小可調控，電化學催化活性高。本發明采用微波加熱、還原劑和分散劑的選擇將產品顆粒大小控制在1～l0nm之間。本發明制備電催化劑可用于醇類燃料電池和鋰空氣電池催化。?

具體實施方式

本發明技術方案不局限于以下所列舉具體實施方式，還包括各具體實施方式間的任意組合。?

實施方式一?

將0.3g粒徑為800nm的納米氧化鋅加入50mL濃度為1mg/mL氧化石墨烯的乙醇溶液中，超聲振蕩成均一懸浮液，然后逐滴滴加1mL0.005M氯鉑酸和1mL0.01M乙酸鈷混合溶液，攪拌30min至形成均勻分散液；然后置于微波爐中，加熱采用加熱5s間歇30s的方式加熱10min，待反應完成后，冷卻至室溫，用10mL0.1M的鹽酸去除模板劑，抽濾，用無水乙醇和去離子水分別洗滌3次，真空烘干至恒重，得到基于石墨烯的納米電催化劑。?

實施方式二?

將0.5g粒徑為2μm的納米氧化鋅加入50mL濃度為1mg/mL氧化石墨烯的乙二醇溶液中，超聲振蕩成均一懸浮液，然后逐滴滴加1mL0.01M氯鉑酸和2mL0.02M氯化鎳混合溶液，攪拌30min至形成均勻分散液；然后置于微波爐中，加熱采用加熱30s間歇80s的方式加熱10min，待反應完成后，冷卻至室溫，用10mL0.1M的鹽酸去除模板劑，抽濾，用無水乙醇和去離子水分別洗滌3次，真空烘干至恒重，得到基于石墨烯的納米電催化劑。?

實施方式三?

將0.1g粒徑為200nm的納米碳酸鈣加入50mL濃度為1mg/mL氧化石墨烯的丙三醇溶液中，超聲振蕩成均一懸浮液，然后逐滴滴加1mL0.004M氯鉑酸和2mL0.01M硝酸鈷和2mL0.01M混合溶液，攪拌30min至形成均勻分散液；然后置于微波爐中，加熱采用加熱10s間歇60s的方式加熱10min，待反應完成后，冷卻至室溫，用10mL0.1M的硫酸去除模板劑，抽濾，用無水乙醇和去離子水分別洗滌3次，真空烘干至恒重，得到基于石墨烯的納米電催化劑。?

實施方式四?