[发明专利]一种S掺杂碳材料负载Pt复合催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种S掺杂碳材料负载Pt复合催化剂及其制备方法和应用。该方法包括以下步骤：将碳材料与硫源加入乙醇中进行超声混合，得到混合均匀的悬浮液；将悬浮液搅拌加热至溶剂蒸干；干燥后研磨，惰性气体中于高温煅烧，得到S掺杂碳载体；于蒸馏水中搅拌并超声分散，加入金属铂盐前躯体，超声搅拌均匀后，调节pH，恒温搅拌，冷却至室温后抽滤、洗涤、干燥、研磨，在氢气气氛下还原，即可。本发明采用高温退火方法制备S掺杂碳材料，并采用浸渍法负载高分散Pt催化剂，简单有效，负载的Pt催化剂形貌均匀，分散度高，Pt的利用率高，且具有优异的电催化性能和稳定性，在电催化领域具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于催化剂制备以及电氧化转化甘油技术领域。更具体地，涉及一种S掺杂碳材料负载Pt复合催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

作随着社会生产力的发展，化石能源日益减少、环境污然不断加剧，急需开发可再生能源。其中，直接醇类燃料电池受到广泛的关注。同氢燃料电池相比，醇类作为液体，可方便地运输与存储，且具有较高的能量密度。其中，甘油作为生物柴油生产过程中的主要副产物，具有价格低廉、无毒、来源广等优点，对其进行电氧化可以转化为电力，且氧化过程中的产物都为高附加值的精细化工产品。

贵金属铂催化剂在电氧化甘油反应中应用广泛，但其成本高、储量少、稳定性差等缺点限制了Pt催化剂的大规模应用。为了与阳极反应速度匹配，阴极不得不使用大量的铂金属作为催化剂，同时，铂金属催化剂在工作状态下存在聚集、迁移等造成的失活问题，也要求使用大量的铂金属，这导致燃料电池的价格高昂，在未找到催化剂性能与Pt相当的廉价催化剂的情况下，提高Pt的利用率对于控制燃料电池成本非常关键。为了提高Pt的利用率，常将其负载到优异的载体表面上，同时，改善Pt催化剂的催化性能和稳定性。

碳材料具有优异的理化特性，对其进行异质元素（N、S、P、B）掺杂可以使其具有更为丰富的表面结构特性和更好的电子转移能力。掺杂引入的异质原子和缺陷位能够给贵金属提供更多的锚定位，提高负载的贵金属的分散度和稳定性，缓解负载型Pt催化剂在反应过程中易发生的Pt颗粒溶解、迁移、团聚和脱落现象。

CN201810340111.5公开了一种直接甲醇燃料电池用氮掺杂碳微球负载铂复合催化剂的制备方法，首先以麦芽糖醇和三聚氰胺为碳源和氮源，浓硫酸为溶解剂，经过水热处理，再在惰性气体氛围下进行高温煅烧得到了氮掺杂碳微球，并通过微波辅助乙二醇热还原法，得到了氮掺杂碳微球负载铂复合催化剂。该复合催化剂中氮能为铂的沉积提供位点，同时氮和铂之间的电子相互作用能调节铂的电子结构从而提高其催化活性。

因此，采用简易的方法对碳材料进行异质元素掺杂后负载Pt，来提高铂催化剂的活性、稳定性、以及Pt的利用率，切实大幅度地降低铂金属的用量，并将其应用于甘油电氧化反应，对于推动燃料电池产业化发展具有重要意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服上述现有燃料电池所用催化剂活性不高、Pt利用率低以及稳定性差的问题，提供一种S掺杂碳材料负载Pt复合催化剂的制备方法，制得的复合催化剂能够改善负载的Pt的分散度，提高Pt利用率，同时也能改善Pt催化剂的稳定性。

本发明另一目的是提供一种S掺杂碳材料负载Pt复合催化剂。

本发明再一目的是提供上述S掺杂碳材料负载Pt复合催化剂的应用。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

一种S掺杂碳材料负载Pt复合催化剂的制备方法，包括以下步骤：

S1. 将碳材料与硫源加入乙醇中进行超声混合，得到混合均匀的悬浮液；将悬浮液于70～110℃搅拌加热至溶剂蒸干；

S2. 干燥后研磨，惰性气体中于高温煅烧，得到S掺杂碳载体；