[發(fā)明專利]一種應用于燃料電池催化的花狀多孔碳材料復合物的制備

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410371949.2
• 申請日: 2014-07-31
• 公開（公告）號: CN104151821A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發(fā)明（設計）人: 于京華;吳開慶;張彥;馬超;孫國強;吳魯丹;李麗;劉海云;顏梅;葛慎光
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: C08L79/02
• 分類號: C08L79/02;C08K7/24;C08K3/04;C01B31/02;H01M4/96;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

本發(fā)明涉及到無機納米材料的制備領域，具體涉及一種應用于燃料電池催化的花狀多孔碳材料復合物的制備。

背景技術

燃料電池是把化學能直接連續(xù)轉化為電能的高效、潔凈發(fā)電系統，是繼水電、火電、核電之后的第四種發(fā)電系統。直接液體燃料電池是不經過燃料重整，而直接將液體燃料，如甲醇、甲酸、乙醇、乙二醇供給燃料電池，將化學能轉化為電能進行發(fā)電的電化學反應裝置。

目前燃料電池商業(yè)化存在著很大的障礙，主要因為燃料電池一般采用價格昂貴的貴金屬催化劑。為進一步提高催化劑的催化活性，提高催化劑的利用率，通常工作者會將活性組分擔載在載體上。碳材料具有比表面積大、耐腐蝕性強、導電性好、價格低廉等優(yōu)點，因此成為催化劑載體的首選。現在通常使用的碳材料催化劑載體多為管狀、球狀，如碳納米管、碳納米角、介孔碳、有序多孔碳等，但是很少有三維的多層次的多孔碳材料。多層次的多孔碳材料不僅具有高的導電性和合理的孔徑分布，而且可以提供更大的比表面積，從而有效地分散活性組分，降低貴金屬的用量，提高催化劑的催化活性。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種花狀多孔碳材料復合物材料的制備方法。

本發(fā)明的另一個目的是將該花狀多孔碳材料復合物作為催化材料用于燃料電池。

本發(fā)明通過以下技術方案予以實現。

（1）氧化銅模板的制備

稱取0.5?~?1?g?無水硝酸銅與1?~?2g無水檸檬酸鈉置于燒杯中，加入40?~?80?mL超純水將上述固體溶解。磁力攪拌的狀態(tài)下加入0.6?g氫氧化鈉于上述溶液，常溫中持續(xù)攪拌1h，此時得渾濁溶液。將上述溶液置于100?mL?聚四氟乙烯高壓釜中，150℃下加熱6?h。反應完畢后，取出高壓釜，冷卻至室溫，取出沉淀物，多次離心、超純水洗滌后在60?°C下干燥12?h，干燥后得到的白色粉末即花狀的氧化銅。

（2）花狀多孔碳材料的制備

稱取0.5?~?1?g花狀的氧化銅與0.1?~?0.2?g碳源置于燒杯中，加入50?~?100?mL有機溶劑，磁力攪拌6?h。將混合溶液置于圓底燒瓶中，使用旋轉蒸發(fā)儀在60~110?°C下除去有機溶劑，隨后把得到的固體混合物轉移到管式爐，氮氣保護下在600?°C加熱2?h。將黑色粉末取出，用酸溶解，離心、洗滌、烘干后即得花狀的碳納米材料。

將花狀碳材料與KOH按2：1的質量比混合后轉移到管式爐，氮氣保護下在900?°C加熱2?h。將黑色粉末取出，加入到酸溶液中并持續(xù)攪拌4?h。用二次水洗至中性后，將黑色粉末在100?°C加熱12?h，烘干后即得花狀多孔碳材料。?

（3）貴金屬負載的花狀多孔碳材料復合物的制備

稱取0.1?~?0.2?g?上述花狀多孔碳材料置于燒杯中，隨后加入2?~?4?mL聚乙烯亞胺，磁力攪拌12?h，混合均勻。往上述溶液中加入含量為1?%?的貴金屬前驅體1?~?2?mL，超聲10?min，隨后逐滴加入0.5?~?1mL的硼氫化鈉溶液，所述硼氫化鈉溶液的濃度為0.1?mol/L。超聲?1?h后，離心、超純水洗滌、真空烘干即得負載有金貴金屬的花狀多孔碳材料復合物。

步驟（2）中的碳源為碳墨、瀝青、凡士林、石蠟、煤油中的一種。

步驟（2）中的有機溶劑為苯、甲苯、四氯化碳、四氫呋喃中的一種。

步驟（2）中的酸為鹽酸、硝酸、硫酸、草酸、乙酸中的一種。

步驟（3）中的貴金屬的前驅體為氯金酸、氯鉑酸、氯鈀酸中的一種或多種。

本發(fā)明的特點在于首次使用花狀氧化銅為模板制備碳材料。實驗所用的有機溶劑可以使用旋蒸法分餾出來，并可以再次使用。實驗所用的氧化鋅模板可用多種酸溶液溶解除去，不會對環(huán)境產生污染。

具體實施方式

為了更好的理解本發(fā)明，下面通過實施實例進一步闡述本發(fā)明的內容，但本發(fā)明不僅僅局限于下面的實例。

實施例1

（1）氧化銅模板的制備

稱取0.5?~?1?g?無水硝酸銅與1?~?2?g無水檸檬酸鈉置于燒杯中，加入40?~?80?mL超純水使之溶解。磁力攪拌的狀態(tài)下加入0.6?g氫氧化鈉于上述溶液，常溫中持續(xù)攪拌1h，此時得渾濁溶液。將上述溶液置于100?mL?聚四氟乙烯高壓釜中，150?°C下加熱6?h。反應完畢后，取出高壓釜，冷卻至室溫，取出沉淀物，多次離心、超純水洗滌后在60?°C?下干燥12?h，干燥后得到的白色粉末即花狀的氧化銅。

（2）花狀多孔碳材料的制備