[发明专利]一种氮掺杂双壳层结构纳米催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种氮掺杂双壳层结构纳米催化剂的制备方法，包含以下操作步骤：(1)将载体和金属前驱体加入溶剂中，搅拌，加还原剂还原，过滤、清洗、干燥，得到初级产品；(2)置于高温反应炉中，通入气体煅烧，即得氮掺杂的纳米合金催化剂；(3)去合金化处理，得到氮掺杂双壳层结构的纳米催化剂。本发明的催化剂在0.9伏的氧还原质量活性是商业20wt％Pt/C催化剂的5～19倍，该方法制备的催化剂具有更高的氧还原催化性能，为质子交换膜燃料电池的大规模应用奠定了技术基础。

技术领域

本发明涉及一种纳米催化剂的制备方法，特别涉及一种氮掺杂双壳层结构纳米催化剂的制备方法。

背景技术

目前，随着能源需求的不断增长和环保意识的不断增强，急需开发清洁的能源转换技术。质子交换膜燃料电池提供了一种有希望的清洁能源转换途径，但是其商业化存在成本高和稳定性差等问题。铂是质子交换膜燃料电池高效的催化剂，但是，由于其在地壳中的含量极低，且在汽车工业中的需求日益增长，所以研究者致力于开发高效的非贵金属催化剂和低含量贵金属催化剂。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，发明一种氮掺杂双壳层结构纳米催化剂的制备方法，旨在得到一种工艺简洁、成本低、催化性能好的氮掺杂双壳层结构纳米催化剂。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

一种氮掺杂双壳层结构纳米催化剂的制备方法，包含以下操作步骤：

(1)催化剂的还原：将载体和金属前驱体加入溶剂中，然后超声搅拌，再加入还原剂，加热还原，将还原所得混合物过滤、清洗、干燥，得到初级产品；

(2)催化剂的高温煅烧：将步骤(1)所得初级产品置于高温反应炉中，高温反应炉可程序控温，并通入气体进行高温煅烧，即得氮掺杂的纳米合金催化剂；

(3)去合金化处理：将步骤(2)所得氮掺杂的纳米合金催化剂进行去合金化处理，得到氮掺杂双壳层结构的纳米催化剂。

其中，步骤(1)中所述的载体为碳黑、碳纳米管、碳纤维、碳纳米棒、石墨烯、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、活性炭、多孔碳中的任意一种或几种的组合；所述的溶剂为去离子水、乙醇、异丙醇、乙二醇中的任意一种或几种的组合。

其中，步骤(1)中所述的金属前驱体为由Ⅰ类和Ⅱ类金属前驱体组成，所述的Ⅰ类为铂盐和/或钯盐，Ⅱ类为铁盐、钴盐、镍盐、钨盐、钼盐或钒盐中的一种或两种混合。

其中，所述金属前驱体组合方式有：铂铁钨，铂铁钼，铂铁钒，铂钴钨，铂钴钼，铂钴钒，铂镍钨，铂镍钼，铂镍钒，钯铁钨，钯铁钼，钯铁钒，钯钴钨，钯钴钼，钯钴钒，钯镍钨，钯镍钼，钯镍钒，铂铁钴，铂铁镍，铂钴镍，铂钨钼，铂钨钒，铂钼钒，钯铁钴，钯铁镍，钯钴镍，钯钨钼，钯钨钒，钯钼钒，铂钯铁，铂钯钴，铂钯镍，铂钯钨，铂钯钼，铂钯钒；组合中的三种元素之间的摩尔比1～10:1～20:1～20。