石墨納米板負載納米貴金屬催化劑的製備方法
2023-05-07 08:56:21
專利名稱：石墨納米板負載納米貴金屬催化劑的製備方法
技術領域：
本發明涉及ー種石墨納米板負載納米貴金屬催化劑的製備方法，屬於催化劑製備技術領域和電化學能源技術領域。
背景技術：
低溫燃料電池具有高效、清潔、啟動快等優點，在電動汽車、移動發電設備等領域具有廣闊的應用前景，但由於它們的工作溫度低，都必須使用高活性的貴金屬如Pt、Pd、Ru、Au等或其合金作為催化劑來保證電極表面有足夠快的反應速率。為了有效利用貴金屬和抵抗電極上的電腐蝕，貴金屬催化劑多以碳為載體。傳統的碳載體是ー種無定形碳，石墨化程度低，與貴金屬或其合金的結合能力較弱，同時易受腐蝕，影響了催化劑對氧還原的催化能カ和穩定性。為了提高催化劑的活性和穩定性，人們在碳載體的選擇方面做了許多研究工作，如嘗試用碳納米管、碳纖維、碳凝膠等作為催化劑的載體。而石墨烯由於其高比表面積(2630m2/g)、高電導率(lX104S/m)、高熱導率和高穩定性，被認為是最佳的催化劑碳載體材料。儘管通過第一性原理計算發現鉬等貴金屬團簇可以穩定的吸附在石墨烯的表面，但石墨烯表面具有化學惰性，直接載催化 劑時貴金屬納米顆粒尺寸較大，分布極不均勻。為了降低貴金屬顆粒的尺寸，提高其分散性，同時也為了載體製備的方便，人們多採用還原後的氧化石墨烯。這種還原後的氧化石墨烯製備過程複雜，要用到強酸、強氧化劑、有毒試劑(如肼、水合肼等)。同時製備的石墨烯具有化學和物理缺陷，影響了石墨烯的性能。石墨納米板(多層石墨烯，層數>10)可以從石墨直接剝離得到，廉價易得，在具有石墨烯上述優異性質的同時能避免還原後的氧化石墨烯的諸多缺點，是石墨烯類催化劑載體的較佳選擇。與石墨烯相同，石墨納米板表面是碳SP2雜化結構，具有化學惰性，直接載貴金屬不可行。為不破壞其高石墨化結構，前人有用聚ニ烯丙基ニ甲基氯化銨吸附在石墨烯納米板表面，然後再載鉬，但聚合物容易交聯，載鉬後鉬顆粒分布也不均勻。貴金屬顆粒發生自身團聚、空間分布不均勻和電化學性能低是石墨納米板載貴金屬催化劑迫切需要解決的問題。
發明內容
本發明的目的是提供ー種石墨納米板負載納米貴金屬催化劑的製備方法，其步驟包括I)將含活性官能團的四芳香環類化合物和石墨納米板分別在不同的液相中超聲分散均勻；然後將兩種溶液混合併超聲分散，使含活性官能團的四芳香環類化合物通過J1-Ji共軛作用吸附於石墨納米板表面；所述含活性官能團的四芳香環類化合物的化學結構
權利要求
1.一種石墨納米板負載納米貴金屬催化劑的製備方法，其步驟包括 1)將含活性官能團的四芳香環類化合物和石墨納米板分別在不同的液相中超聲分散均勻；然後將兩種溶液混合併超聲分散，使含活性官能團的四芳香環類化合物通過共軛作用吸附於石墨納米板表面； 所述含活性官能團的四芳香環類化合物的化學結構
2.根據權利要求1所述石墨納米板負載納米貴金屬催化劑的製備方法，其特徵在於，其步驟如下 1)將石墨納米板和含活性官能團的四芳香環類化合物按重量比10: (O. 5 1. 5)分別在水和乙二醇溶液中超聲分散均勻,其中水與乙二醇體積比為1:2 ;然後將兩種溶液混合併超聲分散，使含活性官能團的四芳香環類化合物吸附在石墨納米板的表面上； 2)向上述混合溶液中加入計量的貴金屬的前驅體，採用浸潰還原法在石墨納米板上負載貴金屬催化劑，催化劑中貴金屬的質量分數為109Γ30% ； 3)過濾反應後的溶液，並乾燥濾餅，即得到所要製備的催化劑。
3.根據權利要求1所述石墨納米板負載納米貴金屬催化劑的製備方法，其特徵在於，其步驟如下 1)將石墨納米板和含活性官能團的四芳香環類化合物按重量比10: (O. 5^1. 5)分別在水和甲醇溶液中超聲分散均勻，其中水和甲醇體積比為11:1 ;然後將兩種溶液混合併超聲分散，使含活性官能團的四芳香環類化合物吸附在石墨納米板的表面上； 2)上述混合溶液在40°C的恆溫水浴中加熱並加入計量的貴金屬的前驅體，然後逐滴滴加NaBH4水溶液；NaBHjP貴金屬的摩爾量比為4:1 ;催化劑中貴金屬的質量分數為1(Γ30% ； 3)過濾反應後的溶液並乾燥濾餅，即得到所要製備的催化劑。
4.根據權利要求1至3中的任一項所述石墨納米板負載納米貴金屬催化劑的製備方法，其中，所述石墨納米板的厚度為3_20nm,面向尺度為O. 5μηι-20μηι。
5.根據權利要求1至3中的任一項所述石墨納米板負載納米貴金屬催化劑的製備方法，其中，所述貴金屬催化劑是鉬、鈀、銠、釕、銥和金催化劑中的一種，或是含有上述貴金屬的合金催化劑。
全文摘要
本發明提供一種石墨納米板負載納米貴金屬催化劑的製備方法，其步驟包括將含活性官能團的四芳香環類化合物和石墨納米板分別在不同的液相中超聲分散均勻；然後將兩種溶液混合併超聲分散，使四芳香環類化合物通過π-π共軛作用吸附於石墨納米板表面；所述四芳香環類化合物的化學結構其中，R1為含活性官能團的側鏈，活性官能團為-COOH、-NH2、-OH、-C=O或-SO3H中的一種；採用浸漬還原法在石墨納米板上負載貴金屬催化劑；本方法製備的催化劑納米金屬顆粒分布均勻，尺寸較小，催化劑具有較高的電化學表面積、高催化活性和高穩定性。依本發明方法製備的催化劑可以應用在低溫燃料電池、金屬空氣電池等領域。
文檔編號B01J23/42GK103041857SQ20121055262
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月17日 優先權日2012年12月17日
發明者王宇新, 夏高強 申請人:天津大學