[發明專利]石墨烯基催化劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202010018609.7
• 申請日: 2020-01-08
• 公開（公告）號: CN111082081B
• 公開（公告）日: 2020-07-21
• 發明（設計）人: 瓦黑德·瑪茲那尼;王安閩;姚文東
• 申請（專利權）人: 深圳氫時代新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/90
• 分類號: H01M4/90;H01M4/92;H01M4/86;H01M8/1004
• 代理公司: 深圳中細軟知識產權代理有限公司 44528
• 代理人: 彭佳偉

1.一種石墨烯基催化劑，其特征在于，包括石墨烯基載體、聚吡咯間隔物和負載在所述石墨烯基載體上的活性催化劑顆粒，所述聚吡咯間隔物位于相鄰的兩層所述石墨烯基載體之間，所述聚吡咯間隔物定向排列，所述石墨烯基載體定向排列，所述聚吡咯間隔物定向排列的方向與所述石墨烯基載體定向排列的方向相同，所述石墨烯基載體與所述聚吡咯間隔物的質量比為95：5～70：30，所述活性催化劑顆粒的質量占所述石墨烯基催化劑的總質量的5％～25％。

2.根據權利要求1所述的石墨烯基催化劑，其特征在于，所述石墨烯基載體選自石墨烯、氧化石墨烯、還原氧化石墨烯或摻氮石墨烯中的至少一種。

3.根據權利要求1所述的石墨烯基催化劑，其特征在于，所述活性催化劑顆粒選自鉑系貴金屬催化劑顆粒、鉑系貴金屬合金催化劑顆粒、過渡金屬催化劑顆粒或鉑系貴金屬-過渡金屬復合催化劑顆粒中的至少一種。

4.根據權利要求3所述的石墨烯基催化劑，其特征在于，所述鉑系貴金屬選自釕、銠、鈀、鉑、鋨或銥中的至少一種；

所述過渡金屬選自鉻、鋯、鈷、鎳、銅、鐵或鉬中的至少一種。

5.一種石墨烯基催化劑的制備方法，其特征在于，包括以下過程：

提供石墨烯基載體前體、活性催化劑顆粒前體和吡咯；

將所述石墨烯基載體前體、所述吡咯和所述活性催化劑顆粒前體分散在溶劑中，混合均勻，得第一混合液，所述第一混合液中，所述石墨烯基載體和所述吡咯的質量比為95：5～70：30，所述活性催化劑顆粒前體中的活性金屬的質量為所述石墨烯基載體前體、所述吡咯和所述活性金屬的總質量的5％～25％；

對所述第一混合液施加電場，同時，將氧化劑填加到所述第一混合液中，反應完成后，得第二混合液；

對所述第二混合液施加所述電場，同時，將還原劑填加到所述第二混合液中，調節所述第二混合液的pH至10～14，反應完成后，得到所述石墨烯基催化劑。

6.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述電場的電壓梯度為10V/mm～1000V/mm。

7.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述將所述石墨烯基載體、所述吡咯和所述活性催化劑顆粒前體分散在所述溶劑中，混合均勻，得所述混合液的過程中，采用超聲波將所述混合液混合均勻。

8.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述氧化劑為過硫酸銨、高氯酸鐵、過氧化氫或氯化鐵中的至少一種。

9.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，

所述石墨烯基載體前體選自石墨烯、氧化石墨烯或摻氮石墨烯中的至少一種；

當所述活性催化劑顆粒為鉑系貴金屬催化劑顆粒時，所述活性催化劑顆粒前體為含鉑系貴金屬的鹽或酸；

當所述活性催化劑顆粒為鉑系貴金屬合金催化劑顆粒時，所述活性催化劑顆粒前體包括兩種或兩種以上的含鉑系貴金屬的鹽或酸；

當所述活性催化劑顆粒為過渡金屬催化劑顆粒時，所述活性催化劑顆粒前體為含過渡金屬的鹽或酸；

當所述活性催化劑顆粒為鉑系貴金屬-過渡金屬復合催化劑顆粒時，所述活性催化劑顆粒前體包括含鉑系貴金屬的鹽或酸和含過渡金屬的鹽或酸；

所述鉑系貴金屬選自釕、銠、鈀、鉑、鋨或銥中的至少一種；

所述過渡金屬選自鉻、鋯、鈷、鎳、銅、鐵或鉬中的至少一種；

所述溶劑為極性溶劑；

所述極性溶劑包括水、乙醇或多元醇中的一種或兩種及兩種以上組合；

所述還原劑選自乙二醇、丙二醇、硼氫化鈉或水合肼中的至少一種。

10.一種如權利要求1～4任意一項所述的石墨烯基催化劑在膜電極組件或燃料電池電堆中的應用。