[發明專利]一種三維煤基石墨烯負載鉑催化劑的制備方法

在審

• 申請號: 202011311248.1
• 申請日: 2020-11-20
• 公開（公告）號: CN112366329A
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 王瑞英;文蓬濤
• 申請（專利權）人: 新疆大學
• 主分類號: H01M4/92
• 分類號: H01M4/92
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種由煤基石墨制備的三維煤基石墨烯負載鉑催化劑（Pt/C?rGO?S）的制備方法。該方法以適當的預氧化溫度處理的煤基石墨為原料，通過改進的Hummers法在一定的氧化時間下制備了三維煤基氧化石墨烯（C?GO），再將其作為載體，以氯鉑酸為鉑源，乙二醇為還原劑，采用溶劑法制備Pt基復合催化劑Pt/C?rGO?S。制得的復合催化劑具有良好的甲醇氧化電催化活性、抗一氧化碳中毒性能、穩定性和更快的電荷轉移能力，因而在燃料電池領域具有潛在的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種三維煤基石墨烯負載鉑催化劑的制備方法。

背景技術

隨著社會的發展，化石能源面臨著枯竭，尋求新的能源已成為各國科學工作者著手研究的熱點。燃料電池作為一種新型的能量轉換裝置，是繼火電、水電、核電之后的發電方式，可以不通過燃燒直接將儲存在燃料和氧化劑中的化學能高效、環境友好地轉化為電能，即轉化方式更為直接。有關甲醇燃料電池陽極催化劑的研究主要集中在貴金屬鉑（Pt）基催化劑，雖然非貴金屬催化劑的使用能夠大大降低電池成本，但其催化效率卻遠遠達不到商業化要求，而Pt基催化劑是迄今為止對于甲醇氧化最有效的催化劑，因此Pt基催化劑的研究更具有現實意義。但是Pt基催化劑價格昂貴，且易中毒，為了解決此問題，需要提高催化劑的抗CO中毒性能，并且提高Pt有效利用率。

為了解決上述難題，催化劑的載體是提高催化穩定性和活性的關鍵。Pt基催化劑的電催化性能依賴于合適的載體，包括介孔碳、碳纖維、石墨烯和比表面積較大的載體等。與商用Pt/C相比，優秀載體負載型Pt基催化劑的催化性能得到很大提高。載體可以為催化劑成分提供固定和擔載，對于提高催化劑的活性有著重要作用。石墨烯是一種由碳原子以sp²雜化組成的二維蜂窩狀晶格結構的新型碳納米材料。由于石墨烯具有極大的比表面積和優異的電學、力學、光學與熱學性能，因而在儲能元件、復合材料、環境治理等方面具有廣泛的應用前景。石墨烯作為載體負載Pt金屬時不僅能降低Pt的粒徑，而且使Pt的分散性得以提高。因此，用石墨烯作為載體可以有效提高催化劑的甲醇氧化電催化活性。

鑒于石墨烯作為催化劑載體具有諸多優點，若以資源豐富、價格低廉的新疆煤炭為原料，經高溫石墨化處理后得到煤基石墨，采用改進的Hummers法制備煤基氧化石墨烯，不僅對煤資源合理利用，而且有望為煤炭的高附加值利用開拓新的途徑。因此，制備三維煤基氧化石墨烯（C-GO），將其作為甲醇氧化反應的Pt基催化劑載體，三維結構更有利于Pt納米粒子的分散和電子與質量的傳遞，從而促進Pt納米粒子的成核、生長和錨定，可望有效改善Pt催化劑的催化活性、抗一氧化碳（CO）中毒性能和穩定性，為新型燃料電池催化劑材料的研究、開發和應用提供理論指導、奠定應用基礎。

發明內容

一種三維煤基石墨烯負載鉑催化劑的制備方法。

本發明涉及一種三維煤基石墨烯負載鉑催化劑，其成分為Pt/煤基石墨烯（Pt/C-rGO-S），合成步驟包括以下幾步。

(1) 將煤粉在2800℃石墨化的煤基石墨于600℃下預氧化4 h。

(2) 將1.0 g煤基石墨和0.5 g硝酸鈉加入三口燒瓶，在冰浴條件下緩慢加入36mL濃硫酸和4 mL濃磷酸并攪拌，在0℃冰浴中攪拌條件下緩慢加入5 g高錳酸鉀。

(3) 在35 ℃下攪拌12 h后將其轉移至250 mL蒸餾水中，在90 ℃下攪拌1 h，靜置冷卻后加入30 mL H₂O₂。

(4) 用鹽酸:水=1:10（V:V）將上述產物離心多次后分散到300 mL蒸餾水中，將其透析至PH≈7。

(5) 將步驟(4)的混合溶液轉移至500 mL長量筒中靜置24 h后超聲1 h，將產物再次離心分為上層和下層，將上層冷凍干燥48 h，得到煤基氧化石墨烯C-GO。