[发明专利]一种基于石墨烯的纳米电催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种催化剂的制备方法，特别涉及一种基于石墨烯的纳米电催化剂的制备方法。 

背景技术

目前常用的锂空气电池催化剂是碳负载的Pt基，尽管Pt/C催化剂对氧还原有良好的催化性能，但其氧气析出性能较低，导致电池效率降低。近年来，虽然非铂催化剂的研究取得了重大突破，如碳载Pd-Co合金催化剂，催化活性较其它非铂催化剂有明显的提高，但与Pt基催化剂相比仍然活性较低。因此，在Pt基催化剂研究方面，重点是提高Pt在载体上的分散性，在提高或保证活性的前提下，减少Pt的负载量。制备高分散的Pt/C催化剂极具挑战性，从目前的研究情况来看，在制备过程中，贵金属容易聚集，Pt的分散性不够高，对降低Pt的负载量不明显。因此，必须寻找新的制备方法和工艺条件，减少催化剂中Pt的颗粒尺寸，增加Pt在载体上的分散度和有效利用率，来减小催化剂中Pt的负载量。 

发明内容

本发明的目的是提供一种基于石墨烯的纳米电催化剂的制备方法，解决现有的碳载体在负载Pt基催化剂时、颗粒大小不易控制且易团聚等缺陷。 

一种基于石墨烯的纳米电催化剂的制备方法，其制备过程是：将模板剂加入氧化石墨烯的醇溶液中，超声振荡均匀，然后逐滴滴加氯铂酸和过渡金属盐混合溶液，搅拌均匀；然后置于微波炉中，采用加热2～60s间歇20～200s的方式加热，反应完成后，用稀盐酸去除模板剂，抽滤，真空烘干至恒重，得到基于石墨烯的纳米电催化剂。 

所述模板剂为纳米碳酸钙、纳米氧化锌。 

所述模板剂的粒径范围为100～800nm。 

所述过渡金属盐为含V，Cr，Mn，Fe，Co，Ni，Ti，Zr，Mo，Sn，Se中的一种或两种及以上元素的盐，并可按任意比例混合的混合物。 

所述Pt元素和过渡金属元素的摩尔比为1：2～10。 

所述醇溶液中的醇为甲醇、乙醇、乙二醇、异丙醇和丙三醇。 

所述石墨烯在催化剂中的含量为85～99.5%。 

本发明提供一种简单快速的制备方法，应用微波调控技术和还原性能较温和的还原剂，将催化剂的活性成分快速均匀地还原到载体的表面。本发明制备步骤简单，需要的时间短，产品损失小，且提高其对氧的催化还原能力。本发明方法制备得到的催化剂颗粒小、不易团聚，分布均匀、孔径大小可调控，电化学催化活性高。本发明采用微波加热、还原剂和分散剂的选择将产品颗粒大小控制在1～l0nm之间。本发明制备电催化剂可用于醇类燃料电池和锂空气电池催化。 

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。 

实施方式一 

将0.3g粒径为800nm的纳米氧化锌加入50mL浓度为1mg/mL氧化石墨烯的乙醇溶液中，超声振荡成均一悬浮液，然后逐滴滴加1mL0.005M氯铂酸和1mL0.01M乙酸钴混合溶液，搅拌30min至形成均匀分散液；然后置于微波炉中，加热采用加热5s间歇30s的方式加热10min，待反应完成后，冷却至室温，用10mL0.1M的盐酸去除模板剂，抽滤，用无水乙醇和去离子水分别洗涤3次，真空烘干至恒重，得到基于石墨烯的纳米电催化剂。 

实施方式二 

将0.5g粒径为2μm的纳米氧化锌加入50mL浓度为1mg/mL氧化石墨烯的乙二醇溶液中，超声振荡成均一悬浮液，然后逐滴滴加1mL0.01M氯铂酸和2mL0.02M氯化镍混合溶液，搅拌30min至形成均匀分散液；然后置于微波炉中，加热采用加热30s间歇80s的方式加热10min，待反应完成后，冷却至室温，用10mL0.1M的盐酸去除模板剂，抽滤，用无水乙醇和去离子水分别洗涤3次，真空烘干至恒重，得到基于石墨烯的纳米电催化剂。 

实施方式三 

将0.1g粒径为200nm的纳米碳酸钙加入50mL浓度为1mg/mL氧化石墨烯的丙三醇溶液中，超声振荡成均一悬浮液，然后逐滴滴加1mL0.004M氯铂酸和2mL0.01M硝酸钴和2mL0.01M混合溶液，搅拌30min至形成均匀分散液；然后置于微波炉中，加热采用加热10s间歇60s的方式加热10min，待反应完成后，冷却至室温，用10mL0.1M的硫酸去除模板剂，抽滤，用无水乙醇和去离子水分别洗涤3次，真空烘干至恒重，得到基于石墨烯的纳米电催化剂。 

实施方式四