[发明专利]一种致密三维纳米球状Pt/炭化秸秆复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种致密三维纳米球状Pt/炭化秸秆复合材料及其制备方法。

背景技术

能源是人类赖以生存和社会发展的重要物质基础，是国民经济发展的命脉。近年来，由于化石燃料资源短缺并且其使用引起的环境污染日趋严重，引起气候异常。因此，世界各国对新能源的研究越来越重视。燃料电池是一种将化学能通过电化学反应直接转化为电能的发电装置,它具有高效、对环境友好、噪音低及可靠性高等优点,因而受到世界各国政府、企业和相关研究机构的高度重视。自20世纪60年代初问世以来，就迅速发展成为国际高新技术竞争中的热点之一。作为未来能源储存和转换装置的理想选择，直接甲醇燃料电池(DMFC)具有燃料易运输与存储、重量轻、体积小、结构简单、能量效率高等优点而日益受到广泛关注。

直接甲醇燃料电池属于质子交换膜燃料电池(PEMFC)中的一类，直接使用甲醇水溶液或蒸汽甲醇为燃料供给来源，而不需通过甲醇、汽油及天然气的重整制氢以供发电。但由于其催化剂催化效率较低，催化成本高昂，直接甲醇燃料电池至今没有实现商业化。因此，降低其催化剂成本，构建高效稳定、价格低廉的催化层，尤其是阳极催化层，已成为目前面临的突出问题。贵金属铂(Pt)对甲醇有很高的电催化活性，其也是最先被用作甲醇等有机小分子电催化氧化反应的催化剂，被认为是理想的直接甲醇燃料电池阳极催化剂材料。但其催化稳定性较差，且高昂的成本也限制了其商业化应用。因此，开发低成本，高性能、稳定性好的催化剂材料是当前直接甲醇燃料电池技术研究的热点之一。

发明内容

本发明的目的是，解决现有技术中催化剂活性低、稳定性差、成本高等问题，提供了一种致密三维纳米球状Pt/炭化秸秆复合材料及其制备方法，所制得的Pt/炭化秸秆复合材料具有优异的稳定性以及电化学活性，且原料易得，工艺简单，经济绿色，容易实现工业化。

本发明所采用的技术方案是：一种致密三维纳米球状Pt/炭化秸秆复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)、将秸秆高温处理，得到炭化秸秆；(2)、采用三电极体系，通过电沉积的方法将Pt负载在炭化秸秆表面，得到Pt/炭化秸秆。

所述步骤(1)中高温处理条件是，在氮气的保护下，将秸秆以1～5℃/min的速率升温直至850℃并保温1～5h，冷却至室温取出。优选的，所述氮气保护是在氮气氛围中，以3～10m³/h的流量持续通氮气10～60min以置换空气。所述高温处理优选在气氛管式炉中进行。

可优选的，步骤(1)中的秸秆提前洗涤干燥，具体方法为通过离子水超声处理后，再用离子水洗涤，然后烘干。

所述步骤(2)中的三电极体系，是以饱和甘汞电极作为参比电极，铂丝电极作为对电极，炭化秸秆作为工作电极。

所述步骤(2)中的电沉积方法为循环伏安法。其中，电解质为硫酸(H₂SO₄)、甲酸(HCOOH)或乙酸(CH₃COOH)中任一与氯铂酸(H₂PtCl₆)的混合溶液；电解质中H₂SO₄、HCOOH或CH₃COOH的浓度与H₂PtCl₆的浓度比为(0.001～1):(0.001～1)，优选，所述H₂SO₄、HCOOH或CH₃COOH的浓度为0.001～1mol/L，所述H₂PtCl₆的浓度为0.001～0.5mol/L；进一步优选所述H₂SO₄、HCOOH或CH₃COOH的浓度为0.5mol/L，H₂PtCl₆的浓度为0.005mol/L。优选的，电沉积参数为：扫描低电压为-0.4V，扫描高电压为1.4V，扫描圈数：20～200圈。

本发明还提供了通过上述方法制备得到的Pt/炭化秸秆复合材料。所得材料具有致密三维纳米球状结构。

与现有技术相比，本发明具有积极的效果：

(1)本发明制备的Pt/炭化秸秆复合材料，球状Pt纳米粒子均匀紧密的负载在炭化秸秆表面，这一结构大大增加了所制备的Pt/炭化秸秆复合材料的比表面积，其电化学活性面积大大增大。

(2)本发明的三维球状结构Pt/炭化秸秆复合材料具有较高的导电率，其电子传递速率快、灵敏度高、稳定性好。