[發明專利]一種氮摻雜碳負載鉑基電催化劑及其合成方法

在審

• 申請號: 202010580790.0
• 申請日: 2020-06-23
• 公開（公告）號: CN111710879A
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發明（設計）人: 劉征;喬紅艷;王正羅;宋晨輝;陳啟章
• 申請（專利權）人: 中自環保科技股份有限公司
• 主分類號: H01M4/90
• 分類號: H01M4/90;H01M4/88
• 代理公司: 成都市輔君專利代理有限公司 51120
• 代理人: 張堰黎

1.一種氮摻雜碳負載鉑基電催化劑合成方法，其特征在于包括以下步驟：

(1)采用聚酰胺-胺樹形分子為模版劑和穩定劑，對金屬離子進行至少一次絡合和還原，制備粒徑穩定、分布均勻的聚酰胺-胺樹形分子包覆金屬或金屬合金納米粒子，其中，所述金屬是貴金屬和/或過渡金屬，至少包括一次貴金屬鉑離子的絡合和還原；

(2)將導電炭載體依次經酸化和酯化預處理、或酸化和酸酐化預處理，形成表面功能化的炭載體；

(3)將聚酰胺-胺樹形分子包覆金屬或金屬合金納米粒子與預處理后的炭載體經浸漬和酰胺化反應有序地錨定在碳載體表面；

(4)將步驟(3)制備的碳載體錨定聚酰胺-胺樹形分子包覆金屬或金屬合金納米粒子在流動的惰性氣體氣氛中，以5℃/min的升溫速率，從室溫升至600-1000℃，恒溫至少1小時，使聚酰胺-胺樹形分子完全炭化，碳載體表面形成網狀碳-氮層，金屬或金屬合金納米粒子被錨定其上，形成氮摻雜碳負載的鉑基電催化劑。

2.根據權利要求1所述的氮摻雜碳負載鉑基電催化劑合成方法，其特征在于：所述步驟(1)中金屬離子是鉑金屬離子，通過對貴金屬鉑離子的至少一次絡合和還原，制備粒徑穩定可控、粒徑分布均勻的聚酰胺-胺樹形分子包覆貴金屬鉑納米粒子。

3.根據權利要求2所述的氮摻雜碳負載鉑基電催化劑合成方法，其特征在于：所述步驟(4)是將碳載體錨定聚酰胺-胺樹形分子包覆貴金屬鉑納米粒子，在流動的惰性氣體氣氛中，以5℃/min的升溫速率，從室溫升至600-1000℃，恒溫至少1小時，使聚酰胺胺樹形分子完全炭化，碳載體表面形成網狀碳-氮層，貴金屬鉑納米粒子被錨定其上，形成氮摻雜碳負載的鉑基電催化劑。

4.根據權利要求1所述的氮摻雜碳負載鉑基電催化劑合成方法，其特征在于：所述步驟(1)中金屬離子包括鉑和過渡金屬；通過對過渡金屬離子進行絡合和還原，制備聚酰胺-胺樹形分子包覆過渡金屬納米粒子核；再將制備的聚酰胺-胺樹形分子包覆過渡金屬納米粒子核進行至少一次鉑金屬離子的絡合和還原，制備粒徑穩定、分布均勻的聚酰胺-胺樹形分子包覆過渡金屬核-鉑殼合金納米粒子。

5.根據權利要求1所述的氮摻雜碳負載鉑基電催化劑合成方法，其特征在于：所述步驟(1)中金屬離子包括貴金屬和過渡金屬；通過對過渡金屬和貴金屬混合離子同時進行絡合和還原，制備聚酰胺-胺樹形分子包覆金屬合金納米粒子核；再將制備的聚酰胺-胺樹形分子包覆金屬合金納米粒子核進行至少一次鉑金屬離子的絡合和還原，制備粒徑穩定、分布均勻的聚酰胺-胺樹形分子包覆金屬合金核-鉑殼合金納米粒子。

6.根據權利要求5所述的氮摻雜碳負載鉑基電催化劑合成方法，其特征在于：所述步驟(4)是將碳載體錨定聚酰胺-胺樹形分子包覆金屬合金核-鉑殼合金納米粒子，在流動的惰性氣體氣氛中，以5℃/min的升溫速率，從室溫升至600-1000℃，恒溫至少1小時，使聚酰胺胺樹形分子完全炭化，碳載體表面形成網狀碳-氮層，金屬合金核-鉑殼合金納米粒子被錨定其上，形成氮摻雜碳負載的鉑基電催化劑。

7.根據權利要求1至6任一項所述的氮摻雜碳負載鉑基電催化劑合成方法，其特征在于所述采用聚酰胺-胺樹形分子為模版劑和穩定劑，對金屬離子進行絡合和還原包括：將聚酰胺-胺樹形分子分散到去離子水中，調整pH為2-7，攪拌下，按總金屬與聚酰胺-胺樹形分子摩爾比例大于40的比例加入含所述金屬離子的溶液，使金屬離子被聚酰胺-胺樹形分子完全絡合；然后在0℃至室溫、劇烈攪拌下，滴加過量的還原劑溶液，繼續攪拌使金屬離子被完全還原，形成聚酰胺-胺樹形分子包覆的納米金屬粒子溶液，溶液經過分離、洗滌、干燥，獲得經一次絡合和還原的所述聚酰胺-胺樹形分子包覆金屬或金屬合金納米粒子。

8.根據權利要求7所述的氮摻雜碳負載鉑基電催化劑合成方法，其特征在于：所述導電炭載體酸化預處理是將導電炭載體在濃酸溶液中進行回流酸化形成表面羧酸集團。