[发明专利]一种铂基合金与石墨烯结构碳材料复合电极催化剂的复合方法

说明书

技术领域

本发明属于在以石墨烯结构碳材料为模板，并在其表面沉积铂基合金纳米颗粒的复合电极催化剂制备技术，属于材料制备领域。

背景技术

能源是人类赖以生存和发展的物质基础。燃料电池是一种高效、环境友好的能量转换系统。在环境与能源备受人类关注的今天，燃料电池的研究与工程开发越来越受到人们的重视。直接甲醇燃料电池具有能量转换效率高、工作温度低、对环境污染小、原料廉价以及便携可控等优点而成为研究与开发的热点。大量研究表明金属铂催化剂对甲醇的氧化呈现出很高的活性，但其价格昂贵且随着极化过程的不断进行一氧化碳毒化作用会使其活性大大降低，从而必须研制出适合直接甲醇燃料电池的新型电催化剂。

采用碳材料作为基体材料，在其表面负载金属铂和另一种特定金属可制备铂基合金-碳材料催化剂，可有效减弱铂和一氧化碳之间的相互作用，改善催化剂的抗中毒能力，同时促进甲醇在铂表面的氧化，提高催化剂的电催化活性。在各种碳材料中，石墨烯结构碳材料具有大比表面积、高电导率、电化学稳定等优点，因此近年来石墨烯结构碳材料和铂基合金的复合材料成为了直接甲醇燃料电池领域研究的热点。到目前为止，人们通过对石墨烯结构碳材料进行表面氧化处理或者有机改性的方式实现铂基合金纳米颗粒和石墨烯结构碳材料的复合（Highly dispersed ultrafine Pt and PtRu nanoparticles on graphene: formation mechanism and electrocatalytic activity. Nanoscale 2011，3,569-571；Synthesis and electrocatalytic oxygen reduction activity of graphene-supported Pt₃Co and Pt₃Cr alloy nanoparticles. Carbon 2011，49，931-936）。表面氧化处理的方法会在石墨烯结构碳材料的表面引入大量的结构缺陷，从而在很大程度上影响材料的电化学性能；而有机改性的方法虽然不会破坏碳材料的结构，但由于纳米粒子与石墨烯结构碳材料是通过非共价键相连接的，因此稳定性较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低缺陷度、高抗毒性以及高催化活性的铂基合金-石墨烯结构碳材料复合电极催化剂的复合方法。

 低缺陷度、高抗毒性以及高催化活性的铂基合金-石墨烯结构碳材料复合电极催化剂的复合方法，包括以下步骤：

第一步，将石墨烯结构碳材料置于1-甲基-2-吡咯烷酮中超声分散；

第二步，向第一步的体系中分别加入硝酸铂溶液和重金属的盐溶液并混合均匀；

第三步，向第二步的体系中加入硼氢化钠固体并充分搅拌；

第四步，将第三步的反应体系转移至水热釜中反应；

第五步，将第四步的体系离心分离出固体产物，洗涤、干燥后获得铂基合金-石墨烯结构碳材料复合电极催化剂。

第一步中所述的超声时间为1-3小时，温度为20-30℃，所述的石墨烯结构碳材料选自石墨烯、碳纳米管或富勒烯中一种，所述分散液的浓度为0.01 g/L-1.00 g/L。

第二步中所述的金属铂与重金属的摩尔比为1：10-10：1，所述金属铂和重金属的质量之和与石墨烯结构碳材料的质量比为1：10-10：1，所述的重金属为钌、钴或镍。

第三步中所述金属铂和重金属的质量之和与硼氢化钠的质量比为1：40-1：1。

第四步中所述的反应温度为20-200℃，所述的反应时间为4-48小时。

 本发明与现有技术相比，其优点在于：（1）铂基合金-石墨烯结构碳材料复合电极催化剂较原有的铂催化剂具有缺陷低、抗中毒能力强、催化活性高等优点；（2）发明采用软化学的复合方法，合成过程中避免了强酸氧化剂的使用，对环境友好；（3）应用本发明制备的铂基合金-石墨烯结构碳材料复合电极催化剂在直接甲醇燃料电池领域具有更广泛的应用前景和更好的经济效益。

附图说明

图1是本发明铂基合金-石墨烯结构碳材料复合电极催化剂的复合方法流程示意图。

图2 是本发明实施例1制备得到的铂钴-碳纳米管催化剂的拉曼光谱图。

图3是本发明实施例1制备得到的铂钴-碳纳米管催化剂（曲线a）和铂-碳纳米管催化剂（曲线b）分别对甲醇催化氧化的循环伏安图。

具体实施方式

如图1所示，本发明铂基合金-石墨烯结构碳材料复合电极催化剂的复合方法，包括以下步骤制备：