[發(fā)明專利]一種可控制備鉑顆粒高度分散介孔碳基復(fù)合材料作為高效產(chǎn)氫電催化劑的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710948033.2
• 申請(qǐng)日: 2017-10-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109647381B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-08-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李揚(yáng);毋欣;張華彬;康遙;張健
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所
• 主分類號(hào): B01J23/42
• 分類號(hào): B01J23/42;C25B1/02;C25B11/04
• 代理公司: 北京知元同創(chuàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11535
• 代理人: 劉元霞

本發(fā)明涉及一種鉑顆粒高度分散介孔碳基復(fù)合材料的制備方法，所述方法包括：1)將四羧基卟啉，四氯化鋯，苯甲酸與N,N?二乙基甲酰胺混合得到負(fù)載鉑的載體；2)將步驟1)中得到的負(fù)載鉑的載體與一定量的鉑源溶于N,N?二甲基甲酰胺、水或兩者的混合溶液中，加熱到一定溫度，保持一定時(shí)間，得到鉑負(fù)載的焙燒前驅(qū)體；3)將步驟2)中得到鉑負(fù)載的焙燒前驅(qū)體在惰性氣體中焙燒碳化；4)將步驟3)中得到焙燒產(chǎn)物用酸(優(yōu)選氫氟酸)處理，即可得到所述復(fù)合材料。本發(fā)明所述的鉑顆粒高度分散介孔碳基復(fù)合材料可作為高效的電化學(xué)產(chǎn)氫催化劑，利用高分散鉑顆粒的納米尺寸效應(yīng)和表面效應(yīng)，使得鉑顆粒得到充分的利用，大大提高了資源的利用率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明主要涉及納米材料技術(shù)領(lǐng)域，是一種可控制備貴金屬納米顆粒負(fù)載于碳基材料做為高效電催化產(chǎn)氫的方法。

背景技術(shù)

隨著全球能源與環(huán)境問(wèn)題日益突出，氫氣作為一種放熱量高、清潔無(wú)污染能源，有望成為化石燃料的替代品。電化學(xué)分解水產(chǎn)氫是一種有效大量制備氫氣的方法，然而這一過(guò)程賴于高活性高穩(wěn)定性的電催化劑。

鉑基催化劑一直以來(lái)被認(rèn)為是最有效的電化學(xué)產(chǎn)氫催化劑，但是由于其在地球存儲(chǔ)不足及分布不均導(dǎo)致其高昂的價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足工業(yè)發(fā)展的需要。在電催化產(chǎn)氫過(guò)程中，公知的催化活性位點(diǎn)僅位于貴金屬鉑顆粒的邊緣，而顆粒內(nèi)部的催化活性較小，而且貴金屬鉑顆粒在電化學(xué)產(chǎn)氫過(guò)程中易團(tuán)聚。因此如何控制鉑顆粒尺寸，使其盡量的減小從而暴露更多的體表原子，可有效提高貴金屬的利用率。與此同時(shí)，將鉑顆粒與異類原子均勻摻雜的碳材料原位復(fù)合，也將大大提高鉑的電催化性能。

因此，有效控制鉑顆粒的尺寸，使其盡量變小，即可實(shí)現(xiàn)鉑的高效利用，也可避免的貴金屬的浪費(fèi)，對(duì)社會(huì)發(fā)展具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服貴金屬易團(tuán)聚的現(xiàn)象及實(shí)現(xiàn)資源的充分利用，本發(fā)明提供了一種可控制備貴金屬鉑納米顆粒負(fù)載的氮原子均勻摻雜的碳納米棒狀材料的方法，該方法制備的催化劑不僅可有效的控制貴金屬鉑的尺寸，其表面的氮原子與貴金屬鉑的協(xié)同催化作用也將大大提高該催化劑的電催化性能。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種鉑顆粒高度分散的介孔碳基復(fù)合材料的方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：

1)將四羧基卟啉，四氯化鋯，苯甲酸與N,N二乙基甲酰胺混合得到負(fù)載鉑的載體；

2)將步驟1)中得到的負(fù)載鉑的載體與一定量的鉑源溶于N,N-二甲基甲酰胺、水或兩者的混合溶液中，加熱到一定溫度，保持一定時(shí)間，得到鉑負(fù)載的焙燒前驅(qū)體；

3)將步驟2)中得到鉑負(fù)載的焙燒前驅(qū)體在惰性氣體中焙燒碳化；

4)將步驟3)中得到焙燒產(chǎn)物用酸(優(yōu)選氫氟酸)處理，即可得到所述復(fù)合材料。

本發(fā)明的上述方法制備得到了可控制備鉑顆粒負(fù)載的氮均勻摻雜的復(fù)合材料。

根據(jù)本發(fā)明，在步驟1)中，所述鉑載體可以根據(jù)需要擴(kuò)大原料比例進(jìn)行量產(chǎn)。例如可以放大2-10倍方法進(jìn)行生產(chǎn)。

步驟(1)中，采用溶劑熱的方式得到負(fù)載鉑的載體。

根據(jù)本發(fā)明，所述步驟1)的負(fù)載鉑的載體(也稱之為“負(fù)載前驅(qū)體”)通過(guò)如下方法制備：將一定量的四氯化鋯，卟啉和苯甲酸用N,N-二乙基甲酰胺溶于高壓反應(yīng)釜內(nèi)，置于烘箱中，110-125℃保持24-48小時(shí)，之后130-140℃保持12-36小時(shí)。離心，干燥，得到負(fù)載前驅(qū)體。

優(yōu)選地，將一定量的四氯化鋯，四羧基卟啉和苯甲酸用N,N-二乙基甲酰胺溶于高壓反應(yīng)釜內(nèi)，置于烘箱中，120℃保持48小時(shí)，之后130℃保持24小時(shí)。離心，干燥，得到負(fù)載前驅(qū)體。

根據(jù)本發(fā)明，在步驟2)中，所述鉑源選自氯鉑酸，氯亞鉑酸銨，優(yōu)選氯鉑酸。