[發明專利]一種S摻雜碳材料負載Pt復合催化劑及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201811584914.1
• 申請日: 2018-12-24
• 公開（公告）號: CN109817998A
• 公開（公告）日: 2019-05-28
• 發明（設計）人: 寧小媚;占亮;周小松;羅金;馬琳;徐旭耀
• 申請（專利權）人: 嶺南師范學院
• 主分類號: H01M4/92
• 分類號: H01M4/92;C25B11/08;B01J27/045;B01J37/34;B01J37/08
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 劉瑤云;陳偉斌

本發明公開了一種S摻雜碳材料負載Pt復合催化劑及其制備方法和應用。該方法包括以下步驟：將碳材料與硫源加入乙醇中進行超聲混合，得到混合均勻的懸浮液；將懸浮液攪拌加熱至溶劑蒸干；干燥后研磨，惰性氣體中于高溫煅燒，得到S摻雜碳載體；于蒸餾水中攪拌并超聲分散，加入金屬鉑鹽前軀體，超聲攪拌均勻后，調節pH，恒溫攪拌，冷卻至室溫后抽濾、洗滌、干燥、研磨，在氫氣氣氛下還原，即可。本發明采用高溫退火方法制備S摻雜碳材料，并采用浸漬法負載高分散Pt催化劑，簡單有效，負載的Pt催化劑形貌均勻，分散度高，Pt的利用率高，且具有優異的電催化性能和穩定性，在電催化領域具有良好的應用前景。

技術領域

本發明屬于催化劑制備以及電氧化轉化甘油技術領域。更具體地，涉及一種S摻雜碳材料負載Pt復合催化劑及其制備方法和應用。

背景技術

作隨著社會生產力的發展，化石能源日益減少、環境污然不斷加劇，急需開發可再生能源。其中，直接醇類燃料電池受到廣泛的關注。同氫燃料電池相比，醇類作為液體，可方便地運輸與存儲，且具有較高的能量密度。其中，甘油作為生物柴油生產過程中的主要副產物，具有價格低廉、無毒、來源廣等優點，對其進行電氧化可以轉化為電力，且氧化過程中的產物都為高附加值的精細化工產品。

貴金屬鉑催化劑在電氧化甘油反應中應用廣泛，但其成本高、儲量少、穩定性差等缺點限制了Pt催化劑的大規模應用。為了與陽極反應速度匹配，陰極不得不使用大量的鉑金屬作為催化劑，同時，鉑金屬催化劑在工作狀態下存在聚集、遷移等造成的失活問題，也要求使用大量的鉑金屬，這導致燃料電池的價格高昂，在未找到催化劑性能與Pt相當的廉價催化劑的情況下，提高Pt的利用率對于控制燃料電池成本非常關鍵。為了提高Pt的利用率，常將其負載到優異的載體表面上，同時，改善Pt催化劑的催化性能和穩定性。

碳材料具有優異的理化特性，對其進行異質元素（N、S、P、B）摻雜可以使其具有更為豐富的表面結構特性和更好的電子轉移能力。摻雜引入的異質原子和缺陷位能夠給貴金屬提供更多的錨定位，提高負載的貴金屬的分散度和穩定性，緩解負載型Pt催化劑在反應過程中易發生的Pt顆粒溶解、遷移、團聚和脫落現象。

CN201810340111.5公開了一種直接甲醇燃料電池用氮摻雜碳微球負載鉑復合催化劑的制備方法，首先以麥芽糖醇和三聚氰胺為碳源和氮源，濃硫酸為溶解劑，經過水熱處理，再在惰性氣體氛圍下進行高溫煅燒得到了氮摻雜碳微球，并通過微波輔助乙二醇熱還原法，得到了氮摻雜碳微球負載鉑復合催化劑。該復合催化劑中氮能為鉑的沉積提供位點，同時氮和鉑之間的電子相互作用能調節鉑的電子結構從而提高其催化活性。

因此，采用簡易的方法對碳材料進行異質元素摻雜后負載Pt，來提高鉑催化劑的活性、穩定性、以及Pt的利用率，切實大幅度地降低鉑金屬的用量，并將其應用于甘油電氧化反應，對于推動燃料電池產業化發展具有重要意義。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服上述現有燃料電池所用催化劑活性不高、Pt利用率低以及穩定性差的問題，提供一種S摻雜碳材料負載Pt復合催化劑的制備方法，制得的復合催化劑能夠改善負載的Pt的分散度，提高Pt利用率，同時也能改善Pt催化劑的穩定性。

本發明另一目的是提供一種S摻雜碳材料負載Pt復合催化劑。

本發明再一目的是提供上述S摻雜碳材料負載Pt復合催化劑的應用。

本發明上述目的通過以下技術方案實現：

一種S摻雜碳材料負載Pt復合催化劑的制備方法，包括以下步驟：

S1. 將碳材料與硫源加入乙醇中進行超聲混合，得到混合均勻的懸浮液；將懸浮液于70～110℃攪拌加熱至溶劑蒸干；

S2. 干燥后研磨，惰性氣體中于高溫煅燒，得到S摻雜碳載體；