[發明專利]一種Pt/金屬碳化物/碳納米材料催化劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201910071847.1
• 申請日: 2019-01-25
• 公開（公告）號: CN109546166B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發明（設計）人: 路金林;張曉偉;馬暢
• 申請（專利權）人: 遼寧科技大學
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M4/90
• 代理公司: 鞍山嘉訊科技專利事務所(普通合伙) 21224
• 代理人: 張群

1.一種Pt/金屬碳化物/碳納米材料催化劑的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

（1）將碳納米材料加入到濃硫酸與濃硝酸的混酸溶液中，在40～80 ℃下超聲1～3 h，該過程中碳納米材料表面產生羥基、羧基負電集團；然后過濾洗滌，再加入去離子水進行超聲分散得到碳源溶液；

（2）向步驟（1）所得到的碳源溶液中加入表面改性劑，在磁力攪拌器上進行攪拌，表面改性劑在溶液中電離出Cl^-1，與碳納米材料表面的負電集團結合；超聲分散均勻后進行抽濾洗滌，然后將沉淀物加入到去離子水中，再次超聲分散得到前驅體材料溶液；所述表面改性劑為聚二烯基丙二甲基氯化銨質量分數為5%～15%的水溶液，即PDDA溶液，PDDA溶液與碳源溶液的質量比為1:1～1.2；

（3）向步驟（2）所得到的前驅體材料溶液中加入可溶于水的鉑鹽溶液，以及鎢鹽溶液或鉬鹽溶液中的一種，攪拌均勻，在靜電引力作用下自組裝，使金屬鹽離子與帶正電的表面改性劑結合，定位于碳納米材料表面，形成具有有序結構的納米前驅體溶液；

（4）將步驟（3）所得到的前驅體溶液進行冷凍干燥，將納米前驅體結構固定并去除水分及其它溶劑得到前軀體固體粉末，即粉體材料；

（5）將步驟（4）所得的粉體材料進行微波加熱，在弱還原氣氛下從室溫以20～60 ℃/min的速率升溫至900～1200 ℃，恒溫熱處理1～3 h后自然冷卻，使Pt和過渡金屬元素在碳納米材料表面快速還原碳化，防止Pt和金屬碳化物分相和團聚，最終得到Pt/金屬碳化物/碳納米材料催化劑；

所述Pt/金屬碳化物/碳納米材料催化劑中Pt原子和金屬碳化物分子均勻分布，且兩者均勻分散在碳納米材料的表面；催化劑中Pt的質量分數為5%～30%，金屬碳化物的質量分數為5%～15%，其余為碳納米材料。

2.根據權利要求1所述的一種Pt/金屬碳化物/碳納米材料催化劑的制備方法，其特征在于，所述碳納米材料包括碳黑、多壁碳納米管。

3. 根據權利要求1所述的一種Pt/金屬碳化物/碳納米材料催化劑的制備方法，其特征在于，所述鉑鹽溶液為0.1～0.5 mol/L的 H₂PtCl₆水溶液，鎢鹽溶液包括鎢酸鈉溶液、鎢酸銨溶液；鉬鹽溶液包括鉬酸鈉溶液、鉬酸銨溶液。

4.根據權利要求1所述的一種Pt/金屬碳化物/碳納米材料催化劑的制備方法，其特征在于，所述弱還原氣氛為N₂與H₂的混合氣體或Ar與H₂的混合氣體，且混合氣體中H₂的體積百分含量＜10%。

5.根據權利要求1所述的一種Pt/金屬碳化物/碳納米材料催化劑的制備方法，其特征在于，所述混酸溶液中濃硫酸與濃硝酸溶液的體積比為3︰0.9～1.1。