[發(fā)明專利]富含拓撲缺陷的碳材料/鉑復合材料、其制備方法及應用

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• 申請日: 2021-03-17
• 公開（公告）號: CN113066994A
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發(fā)明（設計）人: 陳亮;董巖;蘇建偉;林貽超
• 申請（專利權(quán)）人: 寧波材料所杭州灣研究院;中國科學院寧波材料技術(shù)與工程研究所
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/92;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 南京利豐知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 王茹;王鋒

本發(fā)明公開了一種富含拓撲缺陷的碳材料/鉑復合材料、其制備方法及應用。所述制備方法包括：在氨氣氛圍下，通過對氮摻雜的碳材料進行高溫氨氣熱處理，獲得富含拓撲缺陷的碳材料；以所述富含拓撲缺陷的碳材料為基底，在其表面通過氯鉑酸受乙二醇的還原反應負載鉑納米顆粒，獲得富含拓撲缺陷的碳材料/鉑復合材料。本發(fā)明提供的制備方法簡單易行，獲得的富含拓撲缺陷的碳材料作基底負載鉑納米顆粒復合材料通過金屬鉑納米顆粒與碳缺陷之間的作用提高了鉑在氧氣電化學還原反應中的本征活性和穩(wěn)定性；該復合材料在氧氣電還原催化反應中具有高超的活性和優(yōu)異的穩(wěn)定性，因此可作為氧氣電化學還原催化劑的應用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電化學氧氣還原技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種富含拓撲缺陷的碳材料/鉑復合材料的制備方法，尤其涉及一種富含拓撲缺陷的碳材料作基底負載鉑納米顆粒復合材料的制備方法，以及其在氧氣電還原催化反應中的應用。

背景技術(shù)

工業(yè)革命以來石油煤炭等化石燃料成為主要的能量來源，由于化石燃料的過度使用引起了溫室效應等嚴重的環(huán)境問題。因而，尋求清潔能源受到了廣泛的關(guān)注。燃料電池作為一種環(huán)境友好型能源轉(zhuǎn)化技術(shù)可以有效地減緩化石燃料帶來的環(huán)境問題。因此，近幾十年來燃料電池技術(shù)深入研究。

燃料電池是一種被廣泛關(guān)注的技術(shù)，經(jīng)過了幾十年的研究仍然存在許多技術(shù)上的難題。燃料電池的陰極是電化學氧還原反應，由于該反應為4電子轉(zhuǎn)移的反應導致了其動力學上的惰性。因此，燃料電池陰極催化劑的選擇成為制約燃料電池技術(shù)發(fā)展得瓶頸之一。目前較好的催化劑主要為鉑基的催化劑。然而由于鉑價格昂貴導致了高額的成本，所以需要通過調(diào)節(jié)鉑基催化劑的結(jié)構(gòu)來減少鉑的用量，提高其本增活性。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述技術(shù)現(xiàn)狀，本發(fā)明的主要目的在于提供一種富含拓撲缺陷的碳材料作基底負載鉑納米顆粒復合材料及其制備方法，從而克服了現(xiàn)有技術(shù)中的不足。

本發(fā)明的另一目的在于提供所述富含拓撲缺陷的碳材料作基底負載鉑納米顆粒復合材料在氧氣電還原催化反應中的應用。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括：

本發(fā)明實施例提供了一種富含拓撲缺陷的碳材料/鉑復合材料的制備方法，其包括：

提供富含拓撲缺陷的碳材料；

以所述富含拓撲缺陷的碳材料為基底，在所述富含拓撲缺陷的碳材料表面負載鉑納米顆粒，獲得富含拓撲缺陷的碳材料/鉑復合材料。

在一些實施方案中，所述制備方法包括：將富含拓撲缺陷的碳材料、鉑鹽和乙二醇水溶液混合，之后將所獲混合體系在加熱回流條件下反應獲得富含拓撲缺陷的碳材料/鉑復合材料。

在一些實施方案中，所述制備方法包括：在氨氣氛圍下，通過對氮摻雜的碳材料進行高溫氨氣熱處理，獲得所述富含拓撲缺陷的碳材料。

在一些實施方案中，所述富含拓撲缺陷的碳材料包括氮摻雜的石墨烯、氮摻雜的碳納米管、氮摻雜的無定形碳中的任意一種或兩種以上的組合。

進一步地，所述加熱回流的溫度為120～140℃。

本發(fā)明實施例還提供了由前述方法制備的富含拓撲缺陷的碳材料/鉑復合材料。

本發(fā)明實施例還提供了前述富含拓撲缺陷的碳材料/鉑復合材料于氧氣電還原催化反應中的應用。

相應的，本發(fā)明實施例還提供了一種氧氣電化學還原催化劑，其包括前述的富含拓撲缺陷的碳材料/鉑復合材料。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明獲得的富含拓撲缺陷的碳材料作基底負載鉑納米顆粒復合材料具有如下有益效果：

(1)本發(fā)明提供的制備方法簡單易行，獲得的富含拓撲缺陷的碳材料作基底負載鉑納米顆粒復合材料通過金屬鉑納米顆粒與碳缺陷之間的作用提高了鉑在氧氣電化學還原反應中的本征活性和穩(wěn)定性；