[發明專利]一種氮摻雜碳包覆的空心鉑鈷合金納米顆粒電催化劑及其制備方法

在審

• 申請號: 202110106786.5
• 申請日: 2021-01-26
• 公開（公告）號: CN112768714A
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發明（設計）人: 聶瑤;郭文龍;鄧敏;楊若瀾;張碩;王洪
• 申請（專利權）人: 重慶師范大學
• 主分類號: H01M4/92
• 分類號: H01M4/92;H01M4/88;H01M4/86;B82Y30/00
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 殷興旺

1.一種氮摻雜碳包覆的空心鉑鈷合金納米顆粒電催化劑的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：先在Pt/C催化劑表面原位氧化聚合一層聚多巴胺，吸附過渡金屬離子Co²⁺，然后用無機鹽溶液重結晶固化封裝處理，得到鹽封固化好的樣品，將鹽封固化好的樣品在600-1000℃高溫驅動下，利用聚多巴胺碳化形成的氮摻雜碳的還原作用將Co²⁺還原成Co原子，誘發柯肯達爾遷移開始，反應完成、產物冷卻后，在硫酸水溶液中攪拌得到氮摻雜碳包覆的空心鉑鈷合金納米顆粒電催化劑。

2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)原位合成聚多巴胺表面修飾的Pt/C催化劑，即Pt/C@PDA：在無水乙醇和蒸餾水的混合液中加入Pt/C催化劑，超聲攪拌，形成溶液A；

將多巴胺加入到tris-HCl緩沖液中，超聲攪拌，形成溶液B，然后在攪拌條件下，將溶液B緩慢滴加溶液A中，滴加完畢后，在攪拌條件下，繼續反應，反應完畢后將所得產物烘干、研磨后得到Pt/C@PDA；

(2)金屬鈷鹽吸附及無機鹽溶液重結晶固化封裝：將步驟(1)制備得到的Pt/C@PDA與鈷前驅體混合攪拌5-20h，得到稠狀液體，然后加入無機鹽粉末，繼續攪拌2-6h；加入過飽和無機鹽溶液，旋轉蒸發干水份后得到固體粉末，將固體粉末裝入耐高溫容器中壓緊，在上面鋪蓋無機鹽粉末，緩慢滴加過飽和無機鹽溶液使粉末表面濕潤，烘干，重復上述鋪蓋無機鹽粉末滴加過飽和無機鹽溶液濕潤、烘干步驟，重復2～8次后置于真空干燥箱中，干燥得到鹽封固化好的樣品；

(3)氮摻雜碳包覆的空心鉑鈷合金納米顆粒電催化劑的制備：將步驟(2)制備好的鹽封固化的樣品置于管式爐，在保護氣體下將管式爐升溫至600-1000℃，并在600-1000℃下保持1-4小時，待產物冷卻后，將產物在硫酸水溶液中攪拌反應，最后將得到的產物離心洗滌、烘干、研磨后得到氮摻雜碳包覆的空心鉑鈷合金納米顆粒電催化劑。

3.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于：所述步驟(1)中，Pt/C催化劑、無水乙醇和蒸餾水的配比為：1g∶20-100mL∶20-100mL；

和/或，所述步驟(1)中，Pt/C催化劑、多巴胺和tris-HCl緩沖液的質量比為1∶0.1-2∶0.1-2；

和/或，所述步驟(1)中，超聲攪拌時間為1-30min；

和/或，所述步驟(1)中，將溶液B與溶液A的反應溫度控制在0-30℃；和/或，所述步驟(1)中，將溶液B緩慢滴加溶液A中時，滴加時間控制在5-60分鐘；

和/或，所述步驟(1)中，溶液B滴加完畢后，溶液B與溶液A繼續反應10-48小時；

和/或，所述步驟(1)中，所述tris-HCl緩沖液為0.6g三羥甲基氨基甲烷溶解到100mL水中配置而成。

4.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于：所述步驟(1)中，無水乙醇和蒸餾水的用量相等；

所述步驟(1)中，多巴胺和tris-HCl緩沖液的用量相等。

5.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于：所述步驟(2)中，按照Pt/C@PDA與鈷的質量比為1∶0.5-10，將步驟(1)制備得到的Pt/C@PDA與鈷前驅體混合攪拌得到稠狀液體；

和/或，所述步驟(2)中，所述稠狀液體中無機鹽粉末的加入量為1-4g；

和/或，所述步驟(2)中，加入2-20mL過飽和無機鹽溶液，在40-80℃下旋轉蒸發干水份，得到固體粉末；

和/或，所述步驟(2)中，將得到的固體粉末裝入耐高溫容器中壓緊，在上面鋪蓋0.1-1g研磨后的無機鹽粉末，緩慢的滴加1-5滴過飽和無機鹽溶液使粉末表面濕潤；

和/或，所述步驟(2)中，加入過飽和無機鹽溶液后，旋轉蒸發溫度及烘干溫度均為40-80℃；

和/或，所述步驟(2)中，所述無機鹽粉末經研磨后再使用；

和/或，所述步驟(2)中，所述耐高溫容器為坩堝；

和/或，所述步驟(2)中，真空干燥箱的真空度為-0.1MPa；

和/或，所述步驟(2)中，在真空干燥箱中的干燥溫度為60-80℃，干燥時間為2～5小時。