一種基於量子點修飾的氧化物納米線製備方法與流程

2023-09-09 17:28:11 1

本發明涉及一種基於量子點修飾的氧化物納米線的製備方法。

背景技術：

新能源汽車燃料電池(質子交換膜燃料電池，PEMFCs)技術經過二十餘年的持續研發和不斷突破，已經具有比功率密度高、能量轉換效率高、綠色無汙染和低溫下快速啟動等優點，使得燃料電池汽車性能基本滿足了商業化指標。PEMFCs被認為是替代傳統內燃機成為汽車動力的最理想能源轉換裝置，並成為當前備受矚目的新能源汽車。然而，PEMF Cs伴隨實際車況變化會經歷燃料供應、溼度、溫度、電流、電壓等複雜循環過程，造成燃料電池的催化劑衰減加速，並且車用燃料電池的耐久性問題棘手且涉及面廣。另一方面，催化劑Pt利用率的提高和降低鉑載量也是我們需要解決的問題。

促進氧還原反應，防止水淹與乾涸，減少濃差極化，增加耐久性能，提高發電功率密度，從而降低Pt用量。

技術實現要素：

本發明的目的為了解決現有質子交換膜燃料電池催化劑性能衰降的機理中存在的納米級活性組分Pt利用率低、質子傳導率低及催化劑製備成本高的問題，而提供了一種基於量子點修飾的氧化物納米線製備方法以載Pt。

本發明中一種基於量子點修飾的氧化物納米線製備方法可按以下步驟實現：一、通過微波輔助乙二醇法製備CeO2納米線；二、將步驟一製備的CeO2納米線分散在盛有水的坩堝中，超聲分散過程中用移液槍移取一定量的含離子液體，超聲分散成均勻的漿液；三、將步聚二漿液在70℃下烘乾，得到離子液體在表面均勻分布的複合物，再將該複合物在氬氣保護下的管式爐中於400℃恆溫一段時間，然後在氬氣保護下隨爐冷卻至室溫即得氮摻雜碳修飾的CeO2納米線。納米線可以為二氧化鈦納米線，Fe、Co等氧化物納米線等。該方法製備的氮摻雜碳修飾的密集的CeO2納米線結構，比表面活性高。其Pt-N鍵形式存在的N和吡咯類氮二者的存在，進一步增強Pt納米粒子和CeO2納米線間相互作用，使Pt納米粒子更好的分布在CeO2納米線表面；同時能夠有效地提高二氧化鈰電子傳導速率。使Pt納米粒子與載體間的電子作用力更強。所製備的氮摻雜碳修飾的CeO2納米線不僅有利於Pt的沉積和含氧中間物種的脫附，鉑顆粒均與外電路具有良好的電接觸，因此大大地改進了Pt的利用率。另外密集的結構有利於快質子傳導功能，進而提高催化劑的活性和穩定性。使用Ce、N等元素也較Pt便宜很多，從而大大降低了催化劑的製備成本。

附圖說明

圖1是氮摻雜碳修飾的CeO2納米線的低倍率掃描電鏡圖

具體實施方式

為更好理解本發明，下面結合實施例對本發明做進一步地詳細說明，但是本發明要求保護的範圍並不局限於實施例所表示的範圍。

具體實施方式一：本發明中一種基於量子點修飾的氧化物納米線製備方法可按以下步驟實現：一、通過微波輔助乙二醇法製備CeO2納米線；二、將步驟一製備的CeO2納米線分散在盛有水的坩堝中，超聲分散過程中用移液槍移取一定量的含離子液體，超聲分散成均勻的漿液；三、將步聚二漿液在70℃下烘乾，得到離子液體在表面均勻分布的複合物，再將該複合物在氬氣保護下的管式爐中於400℃恆溫60～90min，然後在氬氣保護下隨爐冷卻至室溫即得氮摻雜碳修飾的CeO2納米線。納米線可以為二氧化鈦納米線，Fe、Co等氧化物納米線等。

該方法製備的氮摻雜碳修飾的密集的CeO2納米線結構，比表面活性高。其Pt-N鍵形式存在的N和吡咯類氮二者的存在，進一步增強Pt納米粒子和CeO2納米線間相互作用，使Pt納米粒子更好的分布在CeO2納米線表面；同時能夠有效地提高二氧化鈰電子傳導速率。使Pt納米粒子與載體間的電子作用力更強。所製備的氮摻雜碳修飾的CeO2納米線不僅有利於Pt的沉積和含氧中間物種的脫附，鉑顆粒均與外電路具有良好的電接觸，因此大大地改進了Pt的利用率。另外密集的結構有利於快質子傳導功能，進而提高催化劑的活性和穩定性。使用Ce、N等元素也較Pt便宜很多，從而大大降低了催化劑的製備成本。

具體實施方式二：本實施方式與具體實施方式一不同的是：步驟一所述加微波熱方式為直接加熱；直接加熱所需時間為30～60min。它步驟和參數與具體實施方式一相同。

具體實施方式三：本實施方式與具體實施方式一或二不同的是：步驟一所述含離子液體為聚乙烯吡咯烷酮、1-乙基-3-甲基咪唑二氰胺。其它步驟和參數與具體實施方式一或二相同。

具體實施方式四：本實施方式與具體實施方式一至三之一不同的是：步驟二中最佳含離子液體體積為15μL。其它步驟和參數與具體實施方式一至三之一相同。

具體實施方式五：本實施方式與具體實施方式一至四之一不同的是：步驟二超聲處理的工作頻率為53kHz，功率為112-280W。其它步驟和參數與具體實施方式一至四之一相同。