[發明專利]一種碳摻雜的二維鉑納米片、其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201910243362.6
• 申請日: 2019-03-28
• 公開（公告）號: CN109950565A
• 公開（公告）日: 2019-06-28
• 發明（設計）人: 洪勛;胡嚴敏;吳宇恩;朱孟釗;李亞棟
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: H01M4/92
• 分類號: H01M4/92;H01M4/88;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 王洋;趙青朵

本發明提供了一種碳摻雜的二維鉑納米片的制備方法，包括：含碳金屬鉑鹽和無機鹽混合，得到混合溶液；將所述混合溶液烘干，得到固體粉末；將所述固體粉末退火，洗滌，得到碳摻雜的二維鉑納米片。本發明以含碳金屬鉑鹽為前驅體，以無機鹽為模板，經過高溫熱解就可以得到二維碳摻雜的鉑納米片。本發明的燃料電池陰極催化劑在酸性氧還原反應中展現了優異的催化活性和穩定性。這種催化劑用于燃料電池陰極時，能在載量為0.10mgPt/cm²的條件下最高可實現1.2W/cm²的輸出功率，而且當電流密度大于350mA/cm²時，Pt NSs催化劑的電壓始終比鉑碳高50mV左右，顯示出優異的催化性能。

技術領域

本發明涉及電池技術領域，尤其是涉及一種碳摻雜的二維鉑納米片、其制備方法和應用。

背景技術

燃料電池作為一種新能源技術，可以在常溫下利用氫氣和氧氣的電極反應將化學能轉換成電能。它具有燃料來源豐富、能量密度高、能量轉換效率高、環境友好等優點，有望成為未來的清潔能源。其中，燃料電極的陰極氧還原反應動力學緩慢，通常需要貴金屬作為催化劑，這嚴重制約了燃料電池的商業化進程和實際應用。由于鉑碳在氫氧化和氧還原反應中都具有優異的催化性能，因此，迄今為止鉑碳仍然是商業上使用最廣泛的催化劑。鉑碳是將鉑納米顆粒負載在碳載體上，其催化性能與鉑顆粒大小，分散均勻程度以及雜質含量等密切相關，通常鉑顆粒大小在2～9納米。但是鉑納米顆粒在長時間測試過程中容易發生溶解和團聚等問題導致其穩定性較差，因此，尋找一種高性能及高穩定性的催化劑是很有必要的。

超薄二維納米材料由于其獨特的電子、物理化學及光學性質，自2004年被發現開始一直廣受關注。開發一種簡便的合成方法實現對氧還原反應的高效催化，并且能持久保持結構穩定性及催化活性的催化劑，能夠替代目前的商業鉑碳是非常有必然要的。

發明內容

有鑒于此，本發明要解決的技術問題在于提供一種碳摻雜的二維鉑納米片的制備方法，本發明制備方法制備得到的碳摻雜的二維鉑納米片催化活性高，穩定性好。

本發明提供了一種碳摻雜的二維鉑納米片的制備方法，包括：

A)含碳金屬鉑鹽和無機鹽混合，得到混合溶液；

B)將所述混合溶液烘干，得到固體粉末；

C)將所述固體粉末退火，洗滌，得到碳摻雜的二維鉑納米片。

優選的，所述含碳金屬鉑鹽和無機鹽的質量比為1：(80～120)。

優選的，所述含碳金屬鉑鹽為乙酰丙酮鉑；所述無機鹽為氯化鉀或溴化鉀。

優選的，所述烘干溫度為60℃～100℃；所述烘干時間為40～60min。

優選的，所述退火在惰性氣體的條件下進行；所述退火的溫度為200～350℃；所述保溫時間為2～3h。

優選的，所述洗滌具體為：采用乙醇和水的混合溶液洗滌3～5次。

優選的，步驟A)所述混合為分散在混合溶液中，所述混合溶液為乙醇和水的混合溶液，其中乙醇和水的比例為1:1；所述混合為超聲混合，所述超聲混合的時間為0.5～1h。

本發明提供了一種碳摻雜的二維鉑納米片，由上述技術方案任意一項所述的制備方法制備得到。

優選的，所述碳摻雜的二維鉑納米片的大小為1～3μm；厚度為8～12nm。

本發明提供了上述技術方案所述的制備方法制備得到的碳摻雜的二維鉑納米片用來制備燃料電池陰極催化劑的應用。