[發明專利]一種雜原子摻雜碳納米角負載鉑的方法、催化劑及其應用

在審

• 申請號: 202210233119.8
• 申請日: 2022-03-09
• 公開（公告）號: CN114558604A
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 梁風;解志鵬;張達
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01J27/13;B01J35/02;B01J37/34;B01J37/02
• 代理公司: 成都中璽知識產權代理有限公司 51233
• 代理人: 潘銀虎

1.一種雜原子摻雜碳納米角負載鉑的方法，其特征在于，所述負載鉑的方法包括步驟：

將雜元素物質與石墨粉以質量比為1:3～10:1混合預定時間，得到雜原子前驅體；

將所述雜原子前軀體置入帶孔的石墨棒中并壓實，將所述石墨棒干燥預定時間，得到等離子體陽極；

以純石墨棒為陰極，與所述等離子體陽極豎直相對放置在電弧爐中，將電弧爐抽真空后，充入緩沖氣體并啟動電弧，反應預定時間段，得到雜原子摻雜碳納米角；

將所述雜原子摻雜碳納米角分散于還原性溶液中，加入鉑鹽攪拌均勻，加熱并攪拌進行還原反應，離心、洗滌、干燥后得到以雜原子摻雜碳納米角為載體，鉑納米顆粒為活性成分的低鉑負載催化劑。

2.根據權利要求1所述的雜原子摻雜碳納米角負載鉑的方法，其特征在于，所述雜元素物質為硫或含硫有機物、磷或含磷有機物、含氮有機物、含氯有機物、含氟有機物、含溴有機物、含碘有機物中的至少一種。

3.根據權利要求1所述的雜原子摻雜碳納米角負載鉑的方法，其特征在于，所述混合預定時間為20min～40min，所述干燥預定時間為4h～6h，所述反應預定時間為5min～100min；

所述雜原子前驅體壓實的壓力為0.02MPa～0.05MPa，雜原子前驅體壓實后距孔頂端距離為2mm～4mm。

4.根據權利要求1所述的雜原子摻雜碳納米角負載鉑的方法，其特征在于，所述石墨棒純度≥99.99％，且陰極石墨棒靠近等離子體陽極的一端為錐形，石墨棒的直徑為10mm～60mm，石墨棒上孔的孔徑為5mm～10mm，兩極之間間距為2mm～6mm；

所述電弧的工作電流為100A～300A，電弧放電時間為5min～100min。

5.根據權利要求1所述的雜原子摻雜碳納米角負載鉑的方法，其特征在于，所述緩沖氣體為氮氣、氬氣、氫氣、氦氣中至少一種或者其中任意兩種的混合氣體；

所述電弧爐充入所述緩沖氣體后的壓強50kPa～90kPa，所述混合氣體中兩種氣體的體積比可為1:2～2:1；

所述還原性溶液包括乙二醇、水合肼、硼氫化鈉中至少一種；

所述鉑鹽包括自氯鉑酸或氯亞鉑酸中至少一種。

6.根據權利要求1所述的雜原子摻雜碳納米角負載鉑的方法，其特征在于，所述雜原子摻雜碳納米角分散時的攪拌轉速為200r/min～400r/min，攪拌時間為5min～15min；

所述加入鉑鹽后的攪拌轉速為200r/min～400r/min，攪拌時間為5min～15min；

所述加熱溫度為140℃～160℃，反應時間為2h～3h，加熱時的攪拌速度為15r/min～20r/min。

7.一種催化劑，其特征在于，所述催化劑通過如權利要求1～6中任意一項所述雜原子摻雜碳納米角負載鉑的方法制得。

8.根據權利要求7所述的催化劑，其特征在于，所述催化劑的結構為：

在碳納米角表面負載有粒徑4nm～8nm的鉑納米顆粒，且鉑納米顆粒粒徑均勻、無團聚。

9.根據權利要求7所述的催化劑，其特征在于，所述催化劑具有優異的氧還原活性，半波電位可達0.9V以上。

10.一種催化劑的應用，其特征在于，所述應用包括將如權利要求7～9中任意一項所述的催化劑應用于燃料電池、去氫反應、芳環加氫反應、過氧化氫分解或氣體純化。