[發明專利]一種摻氮石墨烯-碳納米管復合催化劑及其制備方法

在審

• 申請號: 202111189219.7
• 申請日: 2021-10-12
• 公開（公告）號: CN113769774A
• 公開（公告）日: 2021-12-10
• 發明（設計）人: 賈力;楊裔晟;張寶春;朱秀清
• 申請（專利權）人: 深圳穩石氫能科技有限公司
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;C01B32/184;C01B32/198;C01B32/194;C01B32/168;C01B32/16
• 代理公司: 北京維正專利代理有限公司 11508
• 代理人: 張瑞雪

本申請涉及催化劑領域，具體公開了一種摻氮石墨烯?碳納米管復合催化劑及其制備方法。一種摻氮石墨烯?碳納米管復合催化劑，所述催化劑包括碳載體以及負載在所述碳載體上的貴金屬；所述碳載體由摻氮還原氧化石墨烯和摻氮碳納米管構成；其制備方法為將摻氮還原氧化石墨烯與貴金屬前驅體溶液混合，使貴金屬沉積在摻氮還原氧化石墨烯上，得到載貴金屬摻氮還原氧化石墨烯；將摻氮碳納米管與載貴金屬摻氮還原氧化石墨烯通過原位化學還原法結合，得到摻氮石墨烯?碳納米管復合催化劑。本申請的摻氮石墨烯?碳納米管復合催化劑可用于燃料電池，其具有催化活性高、穩定性高的優點；另外，本申請的制備方法具有方法簡單、產量大、適宜批量化生產的優點。

技術領域

本申請涉及催化劑領域，更具體地說，它涉及一種摻氮石墨烯-碳納米管復合催化劑及其制備方法。

背景技術

金屬催化劑是一種以金屬為主要活性組分的催化劑，主要有貴金屬、鐵、鈷、鎳等過渡元素；按照催化劑的活性組分是否負載在載體上可以分為非負載型金屬催化劑和負載型催化劑，其中負載型催化劑是將金屬組分負載在載體上，利用催化劑載體具有較大的比表面積，可以更好的分散金屬粒子，從而能夠提高金屬的催化效率，因此負載型催化劑被廣泛應用于燃料電池、石油化工等領域。

目前，常見的催化劑載體為炭黑材料，其中，因VulcanXC-72具有較好的導電性和較大的比表面積，是研究的最多的電催化劑載體之一，但用其作為載體的催化劑通常存在穩定性較差和催化活性不夠高等問題。因此，近年來許多新型的碳材料被相繼用作燃料電池的催化劑載體，如碳納米管、多孔碳、中空碳球和石墨烯等。這些材料具有比表面積大、導電性好、催化效率高的優點，可以克服炭黑載體催化活性低的缺陷。

其中，碳納米管是一種具有特殊結構的一維量子材料，其具有優異的力學、電學和化學性能；而石墨烯是一種具有優異的光學、電學、力學性能的二維碳材料。碳納米管和石墨烯的性能相似，但是結構不同，為了結合二者的優點，人們將碳納米管和石墨烯結合以形成三維網狀結構。但是將石墨烯-碳納米管復合載體作為貴金屬的載體時，僅通過物理吸附沉積使貴金屬顆粒負載在載體上，在催化過程中容易出現貴金屬催化劑脫落的現象，影響催化劑的穩定性。

發明內容

為了提高催化劑的穩定性，本申請提供一種摻氮石墨烯-碳納米管復合催化劑及其制備方法。

第一方面，本申請提供一種摻氮石墨烯-碳納米管復合催化劑，采用如下的技術方案：一種摻氮石墨烯-碳納米管復合催化劑，所述催化劑包括碳載體以及負載在所述碳載體上的貴金屬；

所述碳載體由摻氮還原氧化石墨烯和摻氮碳納米管構成。

通過采用上述技術方案，本申請通過線狀的碳納米管將顆粒狀的石墨烯連接，構建成類似三維網狀結構，提供了三維連通的導熱、導電通道，可以提高碳載體的比表面積，使其具有更好的催化活性。但是傳統的復合載體與貴金屬顆粒之間僅僅通過物理吸附進行連接，導致貴金屬顆粒在催化的過程中容易從復合載體上脫落，而本申請通過對石墨烯以及碳納米管進行氮摻雜處理，可以將氮原子摻雜在石墨烯以及碳納米管上，從而可以為后續負載貴金屬粒子提供更多的活性位點，不僅可以提高貴金屬顆粒與復合載體的結合強度，而且還可以提高其在復合載體上的分散均勻性以及負載量，從而極大地提高了催化劑的穩定性以及電催化活性，提高了催化劑的使用壽命。

第二方面，本申請提供一種摻氮石墨烯-碳納米管復合催化劑的制備方法，采用如下的技術方案：

一種摻氮石墨烯-碳納米管復合催化劑的制備方法，包括如下步驟：

S1、將摻氮還原氧化石墨烯與貴金屬前驅體溶液混合，使貴金屬沉積在摻氮還原氧化石墨烯上，得到載貴金屬摻氮還原氧化石墨烯；

S2、以重量份數計，將5-15份摻氮碳納米管與85-95份載貴金屬摻氮還原氧化石墨烯混合后，分散于水中，加入還原劑，在75-80℃的溫度下，反應6-8h得到還原產物，將還原產物經過過濾、干燥后，得到摻氮石墨烯-碳納米管復合催化劑。