[發明專利]一種高效甲醇氧化催化劑的制備方法

在審

• 申請號: 201910341848.3
• 申請日: 2019-04-26
• 公開（公告）號: CN110048131A
• 公開（公告）日: 2019-07-23
• 發明（設計）人: 劉長海;張麗麗;陳智棟
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: H01M4/92
• 分類號: H01M4/92;H01M4/88;B82Y30/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種高效甲醇氧化催化劑的制備方法，屬于燃料電池催化劑合成及應用領域，包括如下步驟：（1）首先用酸處理將碳納米管輕微氧化；（2）運用一步熱處理法制備有氧化鈰摻雜的氧化碳納米管基底；（3）采用微波反應法將不同比例的鉑銅雙金屬納米顆粒分散于氧化鈰修飾的碳納米管表面，即得到具有高效電催化甲醇氧化的復合催化劑。該反應過程簡單高效，容易控制，且制備的催化劑活性較好，遠優于商業鉑碳催化劑。

技術領域

本發明涉及鉑銅催化劑研究領域，具體涉及一種高活性鉑銅催化劑的制備方法。

背景技術

大多數研究表明，貴金屬鉑在80°C以下對甲醇氧化表現出良好的電催化活性，但其稀缺性和遲滯動力學特性嚴重抑制了它在酸性直接甲醇燃料電池中的廣泛應用，因此，有必要設計一種高效的Pt基催化劑，以減少Pt的用量并提高Pt的電催化活性，如PtRu、PtPd、PtCo等。其中，由于Pt和Cu形成雙金屬結構有利于降低Pt的D帶中心的電子效應，抑制Pt氧化物的形成，PtCu合金催化劑已引起了特別的關注。此外，優化的催化劑載體既可以降低貴金屬催化劑的消耗，又能提高催化劑的電催化性能。因此，選擇合適的催化劑載體和優化合適的合成方法是獲得高性能燃料電池的關鍵。

發明內容

本發明目的在于提供一種高效甲醇氧化催化劑的制備方法，降低貴金屬鉑的用量，并提高催化劑的甲醇氧化催化活性。

為達上述目的，本發明采用如下技術方案：

先通過酸處理將碳納米管進行輕微氧化，然后用一步熱處理方法在碳納米管表面修飾氧化鈰納米顆粒，最后采用微波反應法將不同比例的鉑銅雙金屬負載分散于氧化鈰/碳納米管復合載體表面，包括以下步驟：

步驟1）將碳納米管分散在一定濃度的硝酸溶液中，先加熱攪拌一段時間，再進行超聲處理。經抽濾水洗后將溶劑換為雙氧水重復上述操作，以保證碳納米管得到充分氧化；

步驟2）將表面氧化的碳管，甘氨酸和六水合硝酸鈰在水中分散均勻，然后采用一步熱處理法在氬氣中高溫煅燒兩個小時，即得到氧化鈰納米顆粒修飾的碳納米管；

步驟3）將不同比例的氯鉑酸，二水合氯化銅和步驟（2）中得到的氧化鈰納米顆粒修飾的碳納米管分散在乙二醇中，用氫氧化鉀/乙二醇溶液將pH調至13，然后在微波反應器中反應，反應結束后即得到不同鉑銅雙金屬納米顆粒/氧化鈰/碳納米管復合催化劑；

進一步的，所述碳納米管的氧化過程中碳納米管在硝酸溶液中的濃度為3~5mg/mL；

進一步的，所述碳納米管的氧化過程中所用的硝酸濃度為1M~5M/L，加熱溫度為50~80℃，加熱攪拌時間為10~30 分鐘，超聲時間為1~5小時；

進一步的，所述制備氧化鈰納米顆粒修飾的碳納米管過程中，步驟（1）中制得的氧化碳管、甘氨酸和六水合硝酸鈰的質量比為10：3：6；

進一步的，所述制備氧化鈰納米顆粒修飾的碳納米管過程中，高溫煅燒的溫度為500℃，升溫速率不得高于5℃/min，保溫時間為2小時；

進一步的，所述微波反應中所用氯鉑酸與氯化銅的摩爾比在1:0~1:0.7之間；

進一步的，所述微波反應中，調節pH所用的氫氧化鉀/乙二醇溶液的濃度為 70 ~90mg/mL之間；

進一步的，所述微波反應的時間為1~10分鐘。

與現有技術相比，本發明的效果及優點是：

（1）一步熱處理法可在碳納米管基底上獲得分散度高，粒徑分布均勻，催化活性高的氧化鈰 ；

（2）采用微波反應法將金屬分散在基底材料中，操作簡單，效率高，分散效果好；

（3）合成的鉑銅雙金屬催化劑的甲醇氧化活性較高，酸性條件下穩定性較高。