[發明專利]一種石墨型氮化碳和碳復合載體負載Ir催化劑的制備及應用

在審

• 申請號: 201811435812.3
• 申請日: 2018-11-28
• 公開（公告）號: CN111244486A
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發明（設計）人: 俞紅梅;覃博文;高學強;姚德偉;孫昕野;秦曉平;邵志剛
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01M4/92
• 分類號: H01M4/92
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 毛薇;李馨

本發明涉及一種石墨型氮化碳和碳復合載體負載Ir催化劑的制備方法和應用，具體為:石墨型氮化碳和碳復合載體的制備,以氮源、碳源為前驅體，加入混合溶劑，攪拌后烘干溶劑，然后在氬氣中熱處理，制得復合載體。然后取復合載體于混合溶劑中，超聲分散后，加入銥前驅體，攪拌分散，烘干溶劑，然后在氫氣中熱處理，經過離心洗滌、真空干燥得到石墨型氮化碳和碳復合載體負載Ir催化劑。TEM測試表明：石墨型氮化碳和碳復合載體負載Ir催化劑，載量不大于1wt％時，無金屬納米顆粒，大于1％時，有金屬納米顆粒。LSV測試表明：1％Ir@g?C₃N₄/C和2％Ir@g?C₃N₄/C,在50mV過電勢下的質量比活性是Pt/C的43％和120％。

技術領域

本發明涉及一種堿性陰離子交換膜燃料電池氫氧化石墨型氮化碳和碳復合載體負載Ir催化劑的制備及應用，該催化劑的制備方法經過石墨型氮化碳和碳復合載體的制備和石墨型氮化碳和碳復合載體負載Ir兩步,最終得到產物為Ir@g-C₃N₄/C。作為堿性陰離子交換膜燃料電池氫氧化電催化劑,1％Ir@g-C₃N₄/C在0.05V下的質量比活性是商業化Pt/C的43％，2％Ir@g-C₃N₄/C在0.05V下的質量比活性是商業化Pt/C的120％。

背景技術

堿性陰離子交換膜燃料電池(AAEMFC)是一種新型聚合物電解質膜燃料電池。與質子交換膜燃料電池(PEMFC)相比,它具有堿性燃料電池(AFC)陰極氧還原反應(ORR)動力學快的優點,陰極有望從根本上擺脫對貴金屬鉑的依賴；同時又采用固態陰離子聚合物電解質膜，克服了AFC中液體電解質KOH泄露以及碳酸鹽化等問題,結合了AFC和PEMFC二者的優點。因此，AAEMFC具有廣闊的應用前景，成為燃料電池領域里新的研究方向。

雖然，AAEMFC具備堿性燃料電池(AFC)陰極氧還原反應(ORR)動力學快的優點，但是研究發現：堿性條件下，即便是貴金屬鉑族催化劑作為陽極氫氧化反應(HOR)的電催化劑，其交換電流密度卻比酸性條件下慢2個數量級。陽極催化劑的pH效應嚴重阻礙了AAEMFC陽極降低貴金屬載量以及使用非貴金屬催化劑目標的實現，因此近期針對堿性條件下，可使用的非鉑或者非貴金屬陽極氫氧化催化劑的研究逐漸成為新熱點。

在堿性氫氧化電催化劑的研究方面，金屬Ir及其Ir-M合金催化劑已引起了廣泛的關注。J.Ohyama.等人(J.Mater.Chem.A,2016,4,15980)制備了一種Ru–Ir/C催化劑。在堿性條件下，發現Ru–Ir/C納米顆粒的催化活性是Pt/C的4倍。Hongsen Wang.等人(J.Am.Chem.Soc,2017)介紹了一種IrPdRu/C制備方法，該陽極催化劑催化活性優于Pt/C。Wei Luo.等人(J.Mater.Chem.A,2017,5,22959)制備的Ir納米線具有較好的氫氧化催化活性。

本發明采用浸漬還原法制備石墨型氮化碳和碳復合載體負載Ir催化劑，通過石墨型氮化碳中的氮原子固定原子Ir,同時調變Ir的電子結構。同時石墨型氮化碳和碳復合具有較好的導電性，復合載體負載Ir催化劑中Ir的理論載量不大于2％，堿性氫氧化活性較好。

發明內容

本發明的目的是提供一種堿性陰離子交換膜燃料電池氫氧化石墨型氮化碳和碳復合載體負載Ir催化劑，保證依據該催化劑的制備方法制備出的氫氧化電催化劑可以使堿性陰離子交換膜燃料電池具備較好的全電池性能。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

本發明一方面提供一種石墨型氮化碳和碳復合載體負載Ir催化劑的制備方法，所述方法包括如下步驟：