[發明專利]一種以氮摻雜碳為載體的碳載鉑催化劑的制備方法

在審

• 申請號: 202110303761.4
• 申請日: 2021-03-22
• 公開（公告）號: CN113097502A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 梁鑫;張傑;趙宏
• 申請（專利權）人: 青島創啟新能催化科技有限公司
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M4/92
• 代理公司: 青島錦佳專利代理事務所(普通合伙) 37283
• 代理人: 邵朋程

本發明公開一種以氮摻雜碳為載體的碳載鉑催化劑的制備方法，其制備原料包括苯二胺5～25份、苯二甲酸5～25份、非貴金屬源1～10份、導電炭黑5～40份、酸10～20份、堿8～10份、乙二醇8～10份和鉑源1～20份，以重量份計；制備方法包括以下步驟：a制備氧還原非鉑電催化劑中間體；b制備以氮摻雜為載體的碳載鉑催化劑；原位引入鉑納米粒子，后置于油浴中恒溫加熱還原反應，得到第二反應液；然后將溶液pH值調至3～4，離心分離，得到以氮摻雜為載體的碳載鉑催化劑。本發明方法不僅有利于活性位在炭黑表面的均勻分布，增加了活性位密度，降低了氧還原副產物H₂O₂產率，而且富含氮的碳載基體有利于錨定鉑納米顆粒，保證了催化劑的活性和長期穩定性。

技術領域

本發明涉及一種氧還原電催化劑的制備方法，具體地說是涉及一種以氮摻雜碳為載體的碳載鉑催化劑的制備方法。

背景技術

目前，大力發展新能源汽車是應對全球能源短缺和環境污染的重大戰略舉措。在眾多的新能源汽車中，燃料電池汽車因其具有零排放、效率高、燃料來源多元化、能源可再生等優勢而被認為是未來汽車工業可持續發展的重要方向，也是解決全球能源問題和氣候變化的理想方案。然而，當前影響燃料電池大規模商業化的主要問題是必須使用大量鉑催化劑，尤其是陰極氧還原反應，從而導致燃料電池價格非常昂貴。因此，研制非鉑催化劑以及鉑與非鉑催化劑結合使用引起了很大關注。

申請號為201910563565.3的中國發明專利公開了一種以芳綸酰胺為主要前驅體的氧還原電催化劑的制備方法，該方法所制備的氧還原電催化劑不含有貴金屬或含有超低含量的貴金屬，而且采用廉價的含氮化合物取代卟啉、酞菁等價格昂貴的大環化合物，很大程度上降低了成本，但氧還原電催化劑的性能仍有待于進一步提升。

發明內容

基于上述技術問題，本發明提出一種以氮摻雜碳為載體的碳載鉑催化劑的制備方法。

本發明所采用的技術解決方案是：

一種以氮摻雜碳為載體的碳載鉑催化劑的制備方法，該碳載鉑催化劑的制備原料包括苯二胺5～25份、苯二甲酸5～25份、非貴金屬源1～10份、導電炭黑5～40份、酸10～20份、堿8～10份、乙二醇8～10份和鉑源1～20份，以重量份計；

制備方法包括以下步驟：

a制備氧還原非鉑電催化劑中間體

a1將導電炭黑溶解在去離子水中，超聲分散均勻，得到導電炭黑溶液；

a2向導電炭黑溶液中依次加入酸和苯二胺，攪拌均勻，再加入苯二甲酸，在30～80℃反應8～12小時，得到第一反應液；

a3將第一反應液抽濾，清洗，干燥得到復合導電炭黑，再將復合導電炭黑溶解在去離子水中，得到復合導電炭黑溶液，向復合導電炭黑溶液中加入非貴金屬源，進行旋轉蒸發、干燥、粗磨，得到摻有非貴金屬的復合導電炭黑；

a4將摻有非貴金屬的復合導電炭黑進行熱處理，得到氧還原非鉑電催化劑中間體；

b制備以氮摻雜為載體的碳載鉑催化劑

b1原位引入鉑納米粒子

將堿溶解于部分乙二醇溶液中，得到堿溶液；將鉑源溶解于剩余乙二醇溶液中，得到鉑源溶液；將氧還原非鉑電催化劑中間體置于反應容器中，然后向反應容器中加入堿溶液攪拌均勻，再加入鉑源溶液攪拌均勻，后置于油浴中恒溫加熱還原反應，反應完成后在空氣中繼續攪拌冷卻至室溫，得到第二反應液；

b2用0.1M HCl將第二反應液的pH值調至3～4，離心分離，再用去離子水洗滌、離心，得到以氮摻雜為載體的碳載鉑催化劑。

優選的，各原料的重量份配比為：苯二胺10～20份、苯二甲酸15～20份、非貴金屬源5～7份、導電炭黑10～20份、酸12～15份、堿8～10份、乙二醇8～10份和鉑源5～10份。