[发明专利]一种铂/石墨烯-钙钛矿-泡沫镍催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种铂/石墨烯‑钙钛矿‑泡沫镍催化剂的制备方法，首先使用hummer法制备氧化石墨水溶液，然后制备棕红色悬浊液，并依次进行水热合成‑洗涤‑过滤制备石墨烯‑LaFeO₃‑泡沫镍电极，最后电沉积Pt获得Pt/石墨烯‑LaFeO₃‑泡沫镍催化剂。该催化剂可用于富氢气体中一氧化碳优先氧化、一氧化碳氧化、乙醇水蒸气重整制氢反应、合成气制备低碳醇催化反应中，在催化剂的使用过程前使用还原性气体在低于150~200^oC的条件下还原处理。

技术领域

本发明涉及一种金属Pt负载于石墨烯-钙钛矿-泡沫镍载体上的催化剂的制备方法，属于催化剂领域。

背景技术

LaFeO3是一种典型的具有钙钛矿（ABO₃）结构的稀土复合金属氧化物，该钙钛矿型化合物具有能在保持结构的同时，有较多的氧空位和良好的热稳定性，且B 位离子具有混合价态和异常价态等优点，而在催化领域备受关注，其制备方法主要有自燃烧法、水热法、溶胶-凝胶法、固相法、共沉淀法、化学气相沉积法、滴淋-热解法、微乳液法以及湿化学法等，制备机理和工艺条件均有显著差异，导致不同方法制备的催化材料表面性能和结构差异很大，但所有的钙钛矿均有一个明显缺陷，即比表面积极低（通常比表面积在3-5m²/g）而限制了钙钛矿在催化领域中的使用。

石墨烯作为目前发现的最薄、强度最大导电、导热性能、光学性能最强的一种新型纳米材料（如纯石墨烯材料，表面积可以到达2000~4000m²/g）是很有前景的催化剂载体，但当前的技术难以大规模，高品质，低成本的制备石墨烯材料，而严重制约了石墨烯在工业中的应用。目前有很多方法被开发出来制备石墨稀复合物。特别是通过还原氧化石墨稀的方法可以实现大批量、低成本的制备石墨稀，而且还能充分利用氧化石墨稀表面丰富的含氧官能团，从而进一步对其功能化以调节氧化石墨稀或还原氧化石墨稀的性能。迄今为止，石墨炼已经成功的与无机纳米颗粒、有机晶体、聚合物、金属有机配合物、生物材料等复合，这些石墨稀复合材料被广泛应用于锂离子电池、超级电容器、燃料电池、光催化、生物传感器等方面。此外，对于石墨烯-钙钛矿复合物的制备鲜有报道，主要是由于钙钛矿在制备过程中通常均需要300-700℃的焙烧，在高温之下方可形成，但是石墨烯作为碳材料，通常低于150℃就会燃烧殆尽（纯净的石墨烯，在空气中的燃烧温度相对更高）。

此外，一般而言常用贵金属有钯、铂、钌、银、铑，其中尤以铂、铑贵金属应用面最广。对于过渡元素贵金属催化剂，其d电子轨道都未填满，表面易吸附反应物气体分子，且强度适中，有利于形成“活性化合物”中间态，表现出较高的催化活性，同时还具有耐高温、抗氧化、耐腐蚀等综合优良特性，而成为重要的催化剂活性组分，但是贵金属由于地球储量少、价格昂贵阻碍了其方法应用，且对于贵金属/钙钛矿催化剂而言，由于钙钛矿的比表面积较低，贵金属通常都会团聚而降低催化活性。此外，对于气固相催化反应而言，如一氧化碳优先氧化、一氧化碳氧化、乙醇水蒸气重整制氢反应、合成气制备低碳醇催化反应而言，催化剂独特的介孔孔道结构虽然在选择性分离方面有极大的优势，但会限制分子快速扩散，不利于目标催化反应的发生，但大孔有利于快速扩散，在传质传热方面进展显著，因此提出介孔和大孔多级孔复合的复合材料。

发明内容

本发明提出了一种铂/石墨烯-钙钛矿-泡沫镍催化剂的制备方法，该催化剂中存在石墨烯-石墨烯间的微孔-介孔，石墨烯与钙钛矿间的狭缝孔，钙钛矿与钙钛矿间的大孔，泡沫镍的大孔，即该催化剂同时拥有微孔-介孔-大孔多级孔结构，且通过电解沉积法，使得Pt纳米颗粒均匀的负载载体的表面，其催化活性远高于同类催化剂，通过水热法有限的解决了石墨烯和钙钛矿的复合问题、钙钛矿的表面积低的问题，通过电极制备引入大孔有效的解决了富氢气体中一氧化碳优先氧化、一氧化碳氧化、乙醇水蒸气重整制氢反应、合成气制备低碳醇催化反应等一系列气-固相的传质问题，以及使用电沉积法有效的解决了贵金属在催化剂表面易团聚的问题。

该铂/石墨烯-钙钛矿-泡沫镍催化剂的制备方法为：