[发明专利]一种Pt-Mn-石墨烯燃料电池催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于能源领域，涉及石墨烯电池材料，具体涉及一种Pt-Mn-石墨烯燃料电池催化 剂的制备方法及其在电池中的应用。

背景技术

直接甲醇燃料电池由于具有携带方便、结构简单、理论比能量高、燃料资源丰富等优点， 在便携式移动电源方面具有广阔的应用前景。目前为止，几乎所有的直接甲醇燃料电池的阳 极催化剂都是采用贵金属Pt或者铂的复合材料。金属Pt对甲醇的直接氧化具有很高的活性， 但是Pt很容易被甲醇氧化中间产物(如CO)紧紧吸附在表面上而难以进行吸附解离，从而 使得阳极过电位提高，造成Pt利用率降低，另外金属Pt的资源稀缺价格昂贵，这就在很大 程度上限制了直接甲醇燃料电池的商业化应用。

纳米Pt粒子的形貌和结构决定了催化剂的效率。Pt催化剂的粒径越小，分散度越高，催 化剂电催化氧化甲醇的效率也越高。研究发现，三维有序的大孔Pt对甲醇具有良好的电催化 氧化活性。中科院兰州化物所的吕功煊通过在饱和碘化钠溶液中用Ag纳米线还原H₂PtCl₆的 方法合成了Pt纳米管催化剂。另外，许多碳材料被人们作为催化剂载体应用到直接甲醇燃料 电池领域，例如活性炭、碳纳米管、多孔碳、石墨烯等。在这些载体中石墨烯因具有高比表 面积，良好的导电性和较高化学稳定性，而得到了广泛地研究。石墨烯是一种从石墨中剥离 出来的单层碳原子材料，碳原子排列为蜂窝状或正六边形结构，是由碳原子构成的二维结构。 这种石墨晶体薄膜的厚度只有头发丝的20万分之一。有学者制备了Pt/石墨烯催化剂，并研 究了其对甲醇的氧化性能，发现Pt/石墨烯的甲醇电催化氧化性能是商用催化剂的2倍，稳定 性也优于商用催化剂。有研究者将Pt纳米粒子负载在石墨烯上，得到了氧还原性能远远优于 商用催化剂的Pt-FGS催化剂，并且稳定性也得到了提高。有学者采用直接化学还原法，以金 属钠为还原剂，四氯乙烯为碳源制备的Pt/石墨烯催化剂，交换电流密度是商业化Pt/C电极的 2.5倍。

目前用于直接甲醇燃料电池催化剂的主要是金属Pt和Pt基复合材料，Pt用量大。因此， 降低Pt用量，提高复合催化剂催化活性，合成一种新型复合催化剂具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Pt-Mn-石墨烯燃料电池催化剂的制备方法，该Pt-Mn-石墨烯 材料可以作为直接甲醇染料电池的复合催化剂。

本发明的上述目的是通过下面的技术方案得以实现的：

一种Pt-Mn-石墨烯燃料电池催化剂的制备方法，包括如下步骤：

步骤S1，将干燥的氧化石墨烯超声分散在水中，配制成氧化石墨烯溶液；

步骤S2，将H₂PtCl₆·6H₂O和MnCl₂·4H₂O的混合物分散于氧化石墨烯溶液中，混合超 声分散均匀得混合样品；H₂PtCl₆·6H₂O和MnCl₂·4H₂O的混合物的重量与干燥的氧化石墨 烯的重量相等，H₂PtCl₆·6H₂O和MnCl₂·4H₂O的重量份之比为3～5:1；

步骤S3，将混合样品转移到纸杯中后，把纸杯置于液氮中迅速冷冻，冷冻后样品置于冷 冻干燥机中，在-60～-40℃条件下冷冻干燥20～28h至完全除去水分；

步骤S4，将除去水分的样品放入干燥器上层，移取过量的水合肼注入干燥器底层，干燥 器盖好后放入130～170℃的烘箱中保温，底部的水合肼挥发成蒸汽使样品得到充分还原。

进一步地，所述的Pt-Mn-石墨烯燃料电池催化剂的制备方法中，H₂PtCl₆·6H₂O和 MnCl₂·4H₂O的重量份之比为4:1。

进一步地，所述的Pt-Mn-石墨烯燃料电池催化剂的制备方法的步骤S1中氧化石墨烯溶 液的浓度为8g/L。