[發明專利]氮摻雜石墨炭氣凝膠負載Pt氧還原電催化劑的制備方法

有效

• 申請號: 202110991580.5
• 申請日: 2021-08-27
• 公開（公告）號: CN113629259B
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發明（設計）人: 馮堅;馮軍宗;羅燚;姜勇剛;李良軍;王魯凱
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M4/92;C01B32/205
• 代理公司: 湖南企企衛知識產權代理有限公司 43257
• 代理人: 任合明

1.一種氮摻雜石墨炭氣凝膠負載Pt氧還原電催化劑的制備方法，其特征在于包括以下步驟：

第一步，制備有機溶液或溶膠A，選取兩種確定比例的能發生縮聚反應生成大分子網絡結構的有機物，溶于水中，攪拌至完全溶解，加入催化劑，形成均勻的溶液或溶膠A；

所述的兩種有機物中有機物1指含有醛基的醛類有機物；

所述的兩種有機物中的另一種即有機物2指能與醛類有機物反應的多羥基苯化合物或多胺基苯化合物中的一種；

所述有機物1、有機物2的確定比例，以醛類有機物與多羥基苯化合物，或醛類有機物與多胺基苯化合物摩爾比來計量，在1～30之間；

第二步，制備樹脂氣凝膠，先將第一步得到的溶液或溶膠A放置在30～60℃環境中靜置，直至得到樹脂凝膠；將樹脂凝膠放置在50～150℃環境中靜置1～240h得到老化的樹脂凝膠；最后去除樹脂凝膠中的液體得到樹脂氣凝膠；

第三步，制備氮摻雜炭氣凝膠，將樹脂氣凝膠放置在裂解裝置中，在保護氣氛或真空氣氛保護下，升溫至900℃以上，并保溫2～10h，隨后隨爐冷卻，得到氮摻雜炭氣凝膠；

第四步，制備氮摻雜石墨炭氣凝膠，將氮摻雜炭氣凝膠進行石墨化處理，酸洗之后，干燥得到氮摻雜石墨炭氣凝膠，要求氮摻雜石墨炭氣凝膠比表面積為250～750m²/g；

所述的石墨化處理指：將氮摻雜炭氣凝膠與具有催化低溫石墨化效果的無機金屬鹽混合，然后將混合物在氮氣、氬氣、氨氣、氦氣、氫氣或真空氣氛任意一種氣氛中，以特定程序加熱；

具有催化低溫石墨化效果的無機金屬鹽和氮摻雜石墨炭氣凝膠質量比為1～30之間；

所述以特定程序加熱包含六個階段：

第一階段：從室溫開始，以1～10℃/min的升溫速率，升至200～800℃之間某個溫度點；

第二階段：在第一階段升溫終點溫度點保溫1～10h；

第三階段：在第二階段保溫溫度，以1～10℃/min的升溫速率，升溫至1100℃；

第四階段：在1100℃保溫2～10h；

第五階段：在1100～1200℃，以1～10℃/min的升溫速率，升溫至1200℃；

第六階段：在1200℃保溫0.5～10h；隨爐冷卻，得到氮摻雜石墨炭氣凝膠和殘留的石墨化催化劑混合物；

第五步，制備氮摻雜石墨炭氣凝膠負載Pt氧還原電催化劑：以氮摻雜石墨炭氣凝膠作為載體，負載上Pt得到氮摻雜石墨炭氣凝膠負載Pt氧還原電催化劑。

2.如權利要求1所述的氮摻雜石墨炭氣凝膠負載Pt氧還原電催化劑的制備方法，其特征在于第一步所述有機物1指甲醛或糠醛；所述多羥基苯化合物指間苯二酚、苯酚、簡苯三酚、兒茶酚中的任意一種；所述多胺基苯化合物指苯胺、間苯二胺、苯并噁嗪中的任意一種。

3.如權利要求1所述的氮摻雜石墨炭氣凝膠負載Pt氧還原電催化劑的制備方法，其特征在于第一步所述水加入的量以水和多羥基苯化合物摩爾比，或者水與多胺基苯化合物摩爾比來計，在60～500之間。

4.如權利要求1所述的氮摻雜石墨炭氣凝膠負載Pt氧還原電催化劑的制備方法，其特征在于第一步所述催化劑指：碳酸鈉、碳酸氫鈉、氫氧化鈉、氫氧化鉀、鹽酸、硫酸或磷酸中的任意一種。

5.如權利要求1所述的氮摻雜石墨炭氣凝膠負載Pt氧還原電催化劑的制備方法，其特征在于第一步所述催化劑加入的量以催化劑與多羥基苯化合物摩爾比，或者催化劑與多胺基苯化合物摩爾比計量，在1/500～1/25之間。

6.如權利要求1所述的氮摻雜石墨炭氣凝膠負載Pt氧還原電催化劑的制備方法，其特征在于第二步所述去除樹脂凝膠中的液體的方法指：超臨界干燥、冷凍干燥和常壓干燥中的任意一種干燥方法。