[发明专利]一种高稳定性Pt-M/MOFs-石墨烯电催化剂及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于催化技术领域，具体涉及一种高稳定性Pt-M/MOFs-石墨烯电催化剂及制备方法。 

背景技术

燃料电池是21世纪最为重要的新能源技术之一，它是一种不经过燃烧直接以化学反应的方式将燃料的化学能转化为电能的能量装置，具有能量转化密度高、污染小、燃料多样化、可靠性高、噪音低及便于维护等优点，己受到世界各国的高度重视。其中直接甲醇燃料电池的研究更令人关注。它可用于动力电源、移动电话和膝上型电脑电源等等，被认为最有可能得到大规模商业化应用的替代能源技术之一。但是直接甲醇燃料电池的催化剂存在电催化活性低，并且在电催化氧化甲醇的同时产生的CO可以使催化剂中毒，从而大幅度降低电池的活性稳定性性能。因此，提高催化剂的抗中毒的能力，以提高电催化活性和稳定性己成为燃料电池研究急需解决的关键技术问题。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种高稳定性Pt-M/MOFs-石墨烯电催化剂及制备方法，本发明方法制备的催化剂活性组分颗粒小，且高度分散，具有很强的抗CO中毒能力，大大提高了催化剂活性稳定性。 

本发明的目的通过以下技术方案来实现： 

一种高稳定性Pt-M/MOFs-石墨烯电催化剂，它的载体由金属有机骨架（MOFs）和石墨烯组成，活性组分由Pt和金属M组成。 

一种高稳定性Pt-M/MOFs-石墨烯电催化剂的制备方法是按下列步骤进行的： 

（1）H₂PtCl₆·6H₂O和M化合物分别用醇溶剂溶解合并后，加入非活性离子磷酸或柠檬酸，在温度为20～65℃条件下超声15～30min； 

（2）将步骤（1）中制得的Pt-M活性前驱体干浸吸附至载体MOFs-石墨烯上，用微波脱水至恒重； 

（3）将步骤（2）加去离子水浆化，加还原剂还原； 

（4）过滤、洗涤、微波脱水获得Pt-M/MOFs-石墨烯复合电催化剂。 

所述M为、Mn、Cr、Mo、Ni、Co、Zn等，其中贵金属铂和M的配制摩尔比为1:0.5～5。 

所述步骤（1）中所用的醇溶剂为甲醇、乙醇、丙二醇、丙三醇、乙二醇、聚乙烯醇中的一种或两种按任意体积比例配制而成的溶剂，醇溶液和金属的配制按照金属浓度1～20mol/L的标准计算。 

所述步骤（1）中加入的磷酸或柠檬酸与金属的摩尔比为1:1～15。 

所述MOFs-石墨烯中所用MOFs为MOFs(Ti)、MOFs(Fe)，MOFs与石墨烯的质量比为1:1。 

所述Pt-M活性前驱体干浸吸附温度为-10～20℃，吸附时间20-40h，微波脱水至恒重的温度为60～90℃。 

所述还原剂为甲醇、甲醛、甲酸、硼氢化钠、水合肼的一种或两种配制而成的混合物，浓度为0.05～10mol/L，还原温度为40～95℃，还原剂按1g金属加2～30mL的用量计算。 

所述步骤（4）中微波脱水温度为90～120℃，时间为0.5～5h。 

本发明方法制备的催化剂活性组分颗粒小，且高度分散，具有很强的抗CO中毒能力，大大提高了催化剂活性稳定性。 

具体实施方式

实施例1 

金属有机骨架（MOFs）材料的制备： 

MOFs(Ti)的合成：0.50g对苯二甲酸和0.26mL的钛酸四丁酯加入到混合溶剂（9mLN,N-二甲基甲酰胺（DMF）+1mL甲醇），室温下搅拌30min，转移至50mL的聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，放置烘箱中150℃下晶化20h，取出冷却至室温，过滤，然后DMF洗涤3次，每次10mL，甲醇洗涤3次，每次10mL，所得产品60℃干燥12h。 

MOFs(Fe)的合成：1.12gFe(NO₃)₃·9H₂O和0.46g的均苯三甲酸溶于120mL的DMF中，室温搅拌3h，得黄褐色溶液转入500mL的聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，放置烘箱中150℃晶化7天，取出冷却至室温，过滤，DMF洗涤3次，乙醇洗涤3次，所得产品60℃干燥过夜。 

本实例所制备的MOFs(Ti)和MOFs(Fe)的比表面积分别为1000-1500m²/g、2000-2500m²/g。 

实施例2