[發明專利]鉑/IV族金屬氮化物/石墨烯多層電催化劑制備方法

在審

• 申請號: 201910001335.8
• 申請日: 2019-01-02
• 公開（公告）號: CN109569692A
• 公開（公告）日: 2019-04-05
• 發明（設計）人: 柴占麗;楊婷;白萍;張彩霞;畢希;王曉晶
• 申請（專利權）人: 內蒙古大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了鉑/IV族金屬氮化物/石墨烯復合二維多層電催化劑的制備方法，它包括如下步驟：將IV族金屬氯化物和尿素加入有機小分子醇中，充分攪拌，混合均勻后形成膠狀物，先在真空烘箱中干燥后，再轉移到管式爐中，在氬氣氣氛下程序升溫至800?1000^oC煅燒4小時，得到IV族金屬氮化物/石墨烯二維雙層復合物，將其自然冷卻后，分別用乙醇、二次去離子水洗滌，再分散二次去離子水中，加入氯鉑酸，攪拌2小時后加入NaBH₄，可以在IV族金屬氮化物/石墨烯二維雙層復合載體表面沉積一層Pt納米顆粒，從而得到鉑/IV族金屬氮化物/石墨烯復合二維多層電催化劑。本發明所得的催化劑活性位點多，且具有很強的抗CO中毒能力，大大提高了催化劑活性穩定性，在醇類電催化氧化過程中表現出低Pt、長效、抗中毒等優點。

技術領域

本發明屬于電催化材料領域，具體涉及一種基鉑/IV族金屬氮化物/石墨烯多層電催化材料及其制備方法。

背景技術

近年來，能源環保問題成為人們關注的焦點。環保能源成為我們人類生活可持續發展的動力。直接醇類燃料電池(DAFCs)，因其較高的能量轉換效率、較低的污染排放物、便攜等特點被大家公認為是一種新型能源的利用方式。直接醇類燃料電池(DAFC)由于其燃料為來源廣泛，運輸安全的短鏈小分子量的醇類，在完全反應后，所得產物無污染等優點被科研人員所重視，所以近幾年取得了很大的成就。但是目前依舊沒有商業化，是因為其仍然存在很多問題，直接甲醇燃料電池中陽極催化劑的昂貴，不穩定和易中毒嚴重阻礙其市場化進程。

鉑作為直接甲醇燃料電池中陽極催化劑，是電催化性能最好的貴金屬。目前，鉑基催化劑的改進方法有下列幾種：(1)合成鉑合金:通過引入第二種金屬原子,釋放出鉑的活性位點，在提高催化性能的同時降低鉑的用量；(2)控制形貌:通過控制鉑納米顆粒的粒徑大小與分散程度來提高其比表面積,進而提高電催化性能；(3)提高其抗CO中毒能力：因為在醇類氧化過程中會產生一些CO中間產物，會優先吸附于鉑的活性位點上，影響其催化效果。因此，改進金屬鉑的性能成為當前研究的重點。

發明內容

針對以上現有技術存在的缺點和不足之處，本發明的首要目的在于提供一種鉑/IV族金屬氮化物/石墨烯多層電催化劑的制備方法。本發明方法將鉑、過渡金屬氮化物和氮摻雜石墨烯進行復合，通過多活性位點提高催化劑的整體催化效率，通過雙載體效應提高鉑基催化劑的穩定性和抗CO中毒能力。利用高溫固相一步法制備出金屬氮化物/氮摻雜石墨烯二維雙層載體，然后將鉑納米顆粒沉積在載體表面，形成鉑/金屬氮化物/N摻雜石墨烯二維多層結構催化劑。本發明利用金屬氮化物和氮摻雜石墨烯的高鉑利用率、高穩定性和催化活性、實現鉑基催化劑的醇類電催化氧化過程中低鉑、長效、抗中毒“三效合一”的優點。

本發明的另一目的在于提供一種通過上述方法制備得到的鉑/IV族金屬氮化物/石墨烯多層電催化劑。

本發明實施例中提供一種基于有機醇碳化的鉑/氮摻雜碳電催化劑制備方法，包括:

Pt/ IV族金屬氮化物（TiN）/石墨烯催化劑的制備

（1）TiN/石墨烯的制備：量取一定量的TiCl₄溶于5mL乙醇中，溶解后加入0.72g的尿素研磨1h，將得到的膠狀的溶液直接置于管式爐中煅燒，自然冷卻到室溫。將得到的產物用二次水，乙醇交替洗滌數次干燥后得到TiN/C。

（2）鉑/TiN/石墨烯的制備：稱取步驟（1）所得產物50mg加入80mL二次水中，充分攪拌均勻后，按10%的質量比加入氯鉑酸溶液，攪拌1小時，加入20mL（1g/L）的NaBH₄溶液，攪拌1小時，離心，洗滌，干燥后得到Pt/TiN/C。

優選的，步驟（1）中TiCl₄的加入量為0.0012mol，即加入1.2mLTiCl4溶液，其中金屬與尿素的摩爾比為1:10。