[發(fā)明專利]鈷修飾的碳載超細鉑納米合金催化劑的制備方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 202110701002.3 | 申請日： | 2021-06-23 |
| 公開（公告）號： | CN113422073B | 公開（公告）日： | 2023-10-20 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 吳國玉;鄭曄;邢志軍 | 申請（專利權(quán)）人： | 長春黃金研究院有限公司 |
| 主分類號： | H01M4/88 | 分類號： | H01M4/88;H01M4/92;B82Y30/00 |
| 代理公司： | 武漢卓越志誠知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42266 | 代理人： | 何京晶;廖艷芬 |
| 地址： | 130000 吉林*** | 國省代碼： | 吉林;22 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 修飾 碳載超細鉑 納米 合金 催化劑 制備 方法 | ||
本發(fā)明提供一種鈷修飾的碳載超細鉑納米合金催化劑的制備方法，屬于新能源材料與應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。通過溶劑熱高溫煅燒的方法制得鈷碳載體，并采取液相還原法負載鉑納米顆粒制備鉑鈷合金結(jié)構(gòu)納米催化劑。本發(fā)明通過過渡金屬鈷修飾有機骨架MOFs制備催化劑載體前驅(qū)體，并經(jīng)高溫熱處理活化后得到比表面積大、孔隙結(jié)構(gòu)豐富的載體鈷碳材料；然后采取液相還原浸漬吸附將鉑納米粒子顆粒負載在載體表面，可有效抑制鉑納米顆粒的遷移、團聚，提高了其分散性。本發(fā)明以有機相為溶劑兼作穩(wěn)定劑，易制備出高度細化與分散的鉑納米顆粒并提高鉑原子利用率；通過過渡金屬鈷修飾的金屬有機骨架載體，在提高催化劑電催化性能的同時降低了催化劑中鉑的負載量。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及新能源材料與應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鈷修飾的碳載超細鉑納米合金催化劑的制備方法。
背景技術(shù)
電催化劑是氫燃料電池最為重要的關(guān)鍵材料之一。氫燃料電池的性能主要受限于陰極氧還原反應(yīng)(Oxygen Reduction Reaction,ORR)，其成本也受限于陰極催化劑。而鉑(Pt)基催化劑是用于氫燃料電池中最有效的高活性催化劑。針對這一反應(yīng)，迄今最為有效的電催化劑是鉑碳(Pt/C)催化劑，然而Pt作為稀有貴金屬導致氫燃料電池成本居高不下，仍存在成本與性能不能滿足商業(yè)需求的問題。為了降低催化劑的成本和提高催化效率，目前已有采用過渡金屬同Pt形成合金結(jié)構(gòu)納米催化劑，以提高Pt原子利用率。
現(xiàn)有的Pt基合金催化劑，通過將Pt與過渡金屬M，M為Fe(CN201811198819.8)、Ni(CN201810147908.3)、Co(CN202010628526.X；CN202010624431.0)、Cu(CN201811199345.9)等，進行合金化，不僅在降低Pt載量、提高貴金屬Pt原子利用率等方面表現(xiàn)出良好的催化性能，主要是由于過渡金屬原子M嵌入Pt晶格中，雜原子鍵的形成改變了金屬Pt的電子環(huán)境，通過“配體效應(yīng)”和“應(yīng)力效應(yīng)”引起Pt的3d電子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，有利于電子轉(zhuǎn)移，加速Pt原子表面氧的吸附-脫附過程。同時，過渡金屬原子M能改變Pt-Pt鍵長度引起晶格收縮，表層Pt原子空d軌道增加，從而提高催化劑的活性。此外，金屬-有機骨架材料(Metal-OrganicFrames，MOFs)具有周期性網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，由無機金屬中心M與有機配體自組裝而成。以MOFs為前驅(qū)體經(jīng)高溫熱解衍生了M-C、M-N-C、MOx-C(M＝Co、Fe、Cu)等復合材料，保留了MOFs材料比表面積大、孔結(jié)構(gòu)豐富等特點，被認為是一種理想的電催化劑載體材料。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種鈷修飾的碳載超細鉑納米合金催化劑的制備方法，以解決現(xiàn)有的Pt/C催化劑Pt用量較高的問題。
本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：包括下列步驟：
(一)催化劑載體的制備
(1)、將鈷鹽水溶液、螯合劑和有機相溶劑按一定比例混合，超聲分散并攪拌均勻形成均一、穩(wěn)定的溶膠；
(2)、將上述溶膠體系放入高壓彈并將其程序化升溫，溫度控制在120-150℃，保溫時間為3-5h，完成后用無水乙醇洗滌，離心干燥；
(3)、將上述鈷基-有機骨架，在氮氣氛圍中，高溫熱處理活化，煅燒溫度為300-800℃，保溫時間為1-3h，完成后進行研磨，即得到鈷-碳載體；
(二)催化劑前體的制備
(1)、將鉑鹽溶液和穩(wěn)定劑，超聲分散在有機相溶劑中并攪拌均勻形成均一、穩(wěn)定的溶膠；
(2)、向上述溶膠體系中加入鈷-碳載體，攪拌、超聲分散后用氨水調(diào)節(jié)體系pH值至10.0～12.0；
(3)、向上述溶膠中，加入還原劑，室溫反應(yīng)3-10h，完成后用無水乙醇洗滌，過濾干燥；
(三)催化劑高溫合金化
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