[发明专利]rGO/碳纸负载贵金属纳米粒子催化剂的电化学制备方法

说明书

本发明提供了一种rGO/碳纸负载贵金属纳米粒子催化剂的电化学制备方法，包括如下步骤：⑴将GO悬浮液凃滴到碳纸上，干燥处理后得到GO/碳纸载体；⑵将GO/碳纸载体在还原性气氛下热处理预定时间而得到rGO/碳纸载体；⑶将rGO/碳纸载体作为工作电极，在贵金属前驱体盐的水溶液中用循环伏安法进行电化学沉积，以在rGO/碳纸载体上电沉积贵金属纳米粒子；其中，控制电化学沉积的最低电位减去贵金属还原电位的差值小于‑0.2V，该贵金属还原电位是在工作电极所处电化学体系下可将贵金属离子还原为贵金属单质所对应的还原电位。本发明方法制备的催化剂中纳米粒子粒径小、分散性好，具有极高的电催化活性。

技术领域

本发明涉及贵金属纳米催化剂领域；更具体地，是涉及一种rGO/碳纸复合载体负载贵金属纳米粒子催化剂的电化学制备方法。

背景技术

直接醇类燃料电池(DAFC)在作为汽车和便携式消费电子设备的替代电源方面具有极佳的发展前景，其中直接甲醇燃料电池(DMFC)因其电池结构简单，燃料清洁环保，高能量密度，快速充电和在室温下的操作而受到欢迎。

当前，阳极对甲醇的电催化性能差是阻碍直接甲醇燃料电池商业化的关键问题，因此高效的阳极催化剂是直接甲醇燃料电池研究的重点。GO(氧化石墨烯)由于具有高的柔韧性、电化学稳定性以及大的比表面积等极好的性能，成为了一种优秀的催化剂载体。然而，GO的导电率比rGO(还原氧化石墨烯)低了约3个数量级，因此以rGO为载体的催化剂有更高的催化活性和稳定性。

纳米催化剂的常用制备手段有水热法、溶剂热法、化学还原法、光还原法等。例如，发明人提出的在先申请CN201711233090.9公开了一种还原氧化石墨烯负载Pd-M纳米复合催化剂的制备方法：向GO悬浮液中加入Na₂PdCl₄和M(M为过渡金属)的盐溶液并超声，使金属前驱体均匀分散在GO纳米片层之间，再加入PEG均匀混合得到混合溶液；将硼氢化钠溶液滴加到混合溶液中，静置还原0.5h，搅拌，使PdM金属颗粒均匀负载在还原氧化石墨烯上；最后经超纯水和无水乙醇的混合液清洗，真空抽滤，冷冻干燥，得到PdM/rGO纳米复合催化材料。该方法制备的PdM/rGO纳米催化剂具有均匀的分散性和大的比表面积，但存在与电极结合不牢固的问题。

此外，贵金属纳米催化剂的制备亦可以采用电化学方法，例如《高催化活性铂-还原氧化石墨烯/碳纸复合电极研究》(陈志玲，南京大学硕士学位论文，2017年)公开了一种铂纳米催化剂的电化学制备方法：先将rGO覆盖在碳纸表面，再在rGO表面用方波法电沉积铂纳米粒子。该制备方法可以较好地解决催化剂与电极的结合问题，但电沉积铂纳米粒子的尺寸只能控制在20nm～200nm范围内，且分散性也有待提高。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种rGO/碳纸负载贵金属纳米粒子催化剂的电化学制备方法，该制备方法得到的催化剂中贵金属纳米粒子具有较小尺寸且分布均匀，具有极高的电催化活性。

为了实现上述的主要目的，本发明提供了一种rGO/碳纸负载贵金属纳米粒子催化剂的电化学制备方法，包括如下步骤：

⑴将GO悬浮液凃滴到碳纸上，干燥处理后得到GO/碳纸载体；

⑵将GO/碳纸载体在还原性气氛下热处理预定时间而得到rGO/碳纸载体；

⑶将rGO/碳纸载体作为工作电极，在贵金属前驱体盐的水溶液中用循环伏安法进行电化学沉积，以在rGO/碳纸载体上电沉积贵金属纳米粒子；

其中，控制电化学沉积的最低电位减去贵金属还原电位的差值小于-0.2V，该贵金属还原电位是在工作电极所处电化学体系下可将贵金属离子还原为贵金属单质所对应的还原电位。

优选地，步骤⑶控制电化学沉积的最低电位减去贵金属还原电位的差值小于等于-0.15V，更优选为小于等于-0.10V。