[發明專利]一種堿式碳酸鈷納米棒/Pt納米顆粒/中空XC-72碳復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201910654847.4
• 申請日: 2019-07-19
• 公開（公告）號: CN110518255B
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發明（設計）人: 馬飛;陳冠君;單華強
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/88;H01M4/92
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 安彥彥

本發明公開了一種堿式碳酸鈷納米棒/Pt納米顆粒/中空XC?72碳復合材料及其制備方法，該復合材料通過將Pt納米顆粒/中空XC?72碳復合材料復合在堿式碳酸鈷納米棒的外部，形成堿式碳酸鈷納米棒被Pt納米顆粒/中空XC?72碳緊密包圍的復合結構；該結構首先引入堿式碳酸鈷，因為堿式碳酸鈷氫能源較多，能夠裂解水生成吸附態羥基，能夠增強Pt催化醇氧化過程，但堿式碳酸鈷的導電性極差；因此通過引入中空XC?72碳，提高其導電能力，同時中空多孔結構還有助于Pt納米顆粒的形成與分散，既可以解決復合催化劑整體導電性差的問題，還有助于提升Pt納米顆粒的分散性，暴露更多表面。

【技術領域】

本發明屬于直接醇類燃料電池領域，具體為一種堿式碳酸鈷納米棒/Pt納米顆粒/中空XC-72碳復合材料及其制備方法。

【背景技術】

環境友好型技術的發展和使用是人類治理全球變暖和擺脫對化石燃料依賴的關鍵。其中，直接醇類燃料電池因不需要經過熱機過程，且具有高能量密度/轉化效率、對環境無危害等優點，被認為是理想的發電技術之一，目前已受到世界各國的廣泛關注。

雖然直接醇類燃料電池具有上述諸多優勢，但醇氧化過程是一個多步反應過程，且在氧化過程中會生成碳質中間產物(如：CO)，這些碳質中間產物與Pt具有非常強的親和力，會吸附在Pt催化劑表面，造成Pt表面活性位點的大量損失，阻礙醇氧化反應的繼續進行，導致催化劑對醇氧化反應的活性快速損失，穩定性差。嚴重制約著其商業化應用。

針對上述問題，研究人員提出了多種解決思路，如：調節Pt的形狀尺寸，制備高指數晶面Pt納米顆粒，使用碳材料或金屬氧化物作為Pt納米顆粒的載體等。盡管這些改進方式一定程度上提升了Pt催化劑對醇氧化反應的活性和穩定性，然而，對Pt易被碳質中間產物中毒的問題卻沒有很好的解決。

近年來，引入吸附態羥基被認為是解決Pt中毒的關鍵方法，因為這種吸附態羥基與占據鉑活性位點的碳質中間產物能夠通過Langmuir-Hinshelwood機制發生反應生成二氧化碳，使Pt活性位點重新暴露，進而改善Pt催化劑對醇氧化反應的活性和穩定性。因此，在制備Pt基陽極催化劑材料的同時引入能夠持續生成吸附態羥基的材料就變得尤為重要。

堿式碳酸鈷在裂解水生成吸附態羥基方面的能力出眾，有可能成為Pt催化醇氧化過程中優異的助催化劑，但其導電性極差，因此，在設計Pt/堿式碳酸鈷復合催化劑時，需要引入一種高導電性材料。

【發明內容】

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供一種堿式碳酸鈷納米棒/Pt納米顆粒/中空XC-72碳復合材料及其制備方法；該制備方法將兩種材料和Pt復合在一起，形成復合材料，使得同時發揮了三種材料的作用，該復合材料引入了中空XC-72碳和堿式碳酸鈷，提升了Pt的醇氧化能力；復合材料各組分之間接觸良好，能夠有效提升Pt催化甲醇氧化的活性和耐久性，具有廣闊的應用前景。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現：

一種堿式碳酸鈷納米棒/Pt納米顆粒/中空XC-72碳復合材料，所述Pt納米顆粒/中空XC-72碳復合材料吸附在堿式碳酸鈷納米棒的表面；所述Pt納米顆粒/中空XC-72碳復合材料中Pt離子吸附在中空XC-72碳的表面。

一種堿式碳酸鈷納米棒/Pt納米顆粒/中空XC-72碳復合材料的制備方法，制備過程為：將堿式碳酸鈷納米棒和Pt納米顆粒/中空XC-72碳復合材料加入溶劑中形成混合溶液，超聲處理混合溶液，離心處理超聲產物后得到離心沉淀物，將離心沉淀物干燥后制得堿式碳酸鈷納米棒/Pt納米顆粒/中空XC-72碳復合材料。

本發明的進一步改進在于：

優選的，堿式碳酸鈷納米棒和Pt納米顆粒/中空XC-72碳復合材料在溶劑中的混合質量比為1：(1-10)，所述溶劑為乙醇和去離子水混合液。

優選的，超聲處理次數≥3次，每次超聲時間為20-60min。