[发明专利]一种铂-钴/石墨烯纳米电催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电化学催化剂及其制备方法，特别涉及一种铂-钴/石墨烯纳米电催化剂及其制备方法。 

背景技术

碳负载的铂纳米粒子催化剂以其优异的催化性能，在燃料电池催化方面得到了广泛的应用。但铂/碳催化剂因其易吸附CO中毒而使其催化活性大大降低。研究表明在铂/碳催化剂中添加Co助催化剂可明显改善其选择氧化CO的催化活性，降低了反应温度，同时也降低了贵金属铂的含量。 

最近，多元醇方法被证明是制备金属纳米粒子的一种有效方法，在这种方法中，多元醇作为金属盐的溶剂和还原剂，在高温下多元醇将溶液中的金属离子还原成金属纳米粒子。其中，用聚合物作为保护剂的多元醇方法可以制备得到粒径在l～2nm的金属纳米粒子，聚合物保护剂必须在高温下除去，高温下会使金属纳米粒子再次团聚，影响催化剂的电催化性能。最近微波加热技术在有机化学合成和纳米材料的合成中得到广泛应用，它可以使反应速度提高10～100倍左右，微波加热不仅可以避免金属纳米粒子再次团聚，而且具有快速，均匀，节能和高效率的优点。 

发明内容

本发明的目的是提供一种铂-钴/石墨烯纳米电催化剂及其制备方法。 

本发明的一种铂-钴/石墨烯纳米电催化剂是以石墨烯为载体，铂为活性组分，钴为助催化剂。催化剂中铂的质量分数为10～40%，钴的质量分数为5～30%，余量为载体。本发明的一种铂-钴/石墨烯纳米电催化剂通过以下步骤来制备： 

1）将氧化石墨纳米片超声分散在多元醇中，然后加入氯铂酸溶液、氯化钴溶液和醋酸钠溶液，充分混合均匀，混合物中氧化石墨纳米片含量为0.48～1.3g/L，氯铂酸的浓度为0.0005～0.008mol/L，氯化钴溶液的浓度为0.0001～0.01mol/L，醋酸钠的浓度为0.007～0.05mol/L； 

2）将上述混合物转移到微波水热反应釜中，微波加热反应5～10分钟后，经过滤、洗涤、干燥，得到铂-钴/石墨烯纳米电催化剂。 

上述的多元醇为丙三醇或乙二醇。 

与现有技术比较，采用本发明方法制备的铂-钴/石墨烯纳米电催化剂中铂纳米粒子具有细小和均匀的粒径，其平均粒径在3.0nm左右，并且铂纳米粒子高度分散在石墨烯纳米片上，具有良好的电催化性能和抗CO中毒性能。 

具体实施方式

实施例1 

用超声波处理将200mg氧化石墨纳米片分散在300mL的丙三醇中，然后加入40mL 0.05M的氯铂酸溶液、20mL 0.1M的氯化钴溶液和30mL 0.05M的醋酸钠溶液，并充分搅拌混合均匀。将该均匀的混合物转移到微波水热反应釜中，微波辐射加热反应10min。冷却后，过滤、用丙酮和去离子水充分洗涤、90℃烘干，得到铂-钴/石墨烯纳米电催化剂。 

作为比较，按上述同样的方法合成Pt/石墨烯纳米电催化剂（铂的质量分数为40%）。 

对甲醇氧化电催化性能测试和比较：将少量电催化剂（Pt-Co/石墨烯和Pt/石墨烯）与适量的5%的Nafion溶液和去离子水在超声波作用下混合均匀，将该均匀的混合物涂在玻碳电极上，在80℃下烘干后作为测量 用的工作电极。测量时参比电极为饱和甘汞电极（SCE），电解液为2M CH₃OH+1M H₂SO₄，铂片为对电极。用循环伏安法评价纳米电催化剂对甲醇电化学氧化的电催化活性，扫描速度为20mV/s。测得在上述制备的Pt-Co/石墨烯和Pt/石墨烯纳米电催化剂上，甲醇电氧化的峰电流分别为20.6mA和15.2mA，结果表明添加助催化剂Co元素的Pt-Co/石墨烯电催化剂比Pt/石墨烯纳米电催化剂具有更高的对甲醇氧化的电催化活性。 

实施例2 

用超声波处理将300mg氧化石墨纳米片分散在500mL的丙三醇中，然后加入30mL 0.05M的氯铂酸溶液、15mL 0.1M的氯化钴溶液和20mL0.5M的醋酸钠溶液，并充分搅拌混合均匀。将该均匀的混合物转移到微波水热反应釜中，微波辐射加热反应8min。冷却后，经过滤、用丙酮和去离子水充分洗涤、90℃烘干，得到铂-钴/石墨烯纳米电催化剂。 

作为比较，按上述同样的方法合成Pt/石墨烯纳米电催化剂（铂的质量分数为30%）。