CN103007935A - 一种Pt/锑掺杂二氧化锡-石墨烯催化剂的制备方法 - Google Patents

一种Pt/锑掺杂二氧化锡-石墨烯催化剂的制备方法 Download PDF

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银凤翔
李国儒
王亮
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Abstract

本发明涉及一种Pt/锑掺杂二氧化锡-石墨烯催化剂的制备方法，将石墨烯、SnCl4·5H2O和SbCl3分散溶解在无水乙醇中，氨水或氢氧化钠溶液为沉淀剂，通过过滤、洗涤、干燥、研磨和煅烧得到锑掺杂二氧化锡（ATO）-石墨烯载体；将H2PtCl6·6H20溶于乙二醇，在惰性气体氛围中加热，得到Pt溶胶；将Pt溶胶与ATO-石墨烯的乙醇悬浮液混合得到Pt/ATO-石墨烯催化剂，本发明工艺简单，成本低，制得的Pt/ATO-石墨烯催化剂活性组分高度分散，用做直接甲醇燃料电池阳极催化剂，表现出了很好的电催化氧化活性和抗CO中毒性能，具有良好的应用前景。

Description

一种Pt/锑掺杂二氧化锡-石墨烯催化剂的制备方法
技术领域
本发明涉及电催化剂的制备领域，特别是涉及一种Pt/锑掺杂二氧化锡-石墨烯电催化剂的制备方法。 
背景技术
直接甲醇燃料电池(DMFC)具有能量转化效率高、无污染、易储存、便携带、工作环境温度低等优点，己成为便携式电子设备和电动汽车最为青睐的化学电源。DMFC关键材料是阳极催化剂，其活性直接影响燃料电池的性能。目前，DMFC所用的催化剂是在炭表面负载金属铂，但是，在甲醇电化学氧化过程中，中间产物(如CO)在催化剂的表面吸附与积累，易使催化剂中毒，从而降低了催化剂的活性和效率。解决该问题的方法之一是添加一些金属氧化物，如Sn及Sb的氧化物等能促进金属Pt对甲醇的电氧化。最近石墨烯纳米片（一种由单层石墨碳原子构成的二维蜂窝网状结构的单层纳米片）的研究引起了人们的极大兴趣。石墨烯纳米片具有高的热导率、超强的力学性能和与众不同的电学性能，同时石墨烯纳米片还具有高的化学稳定性、大的比表面积(理论比表面积为2620m2/g)和宽的电化学窗口。因此，石墨纳米片作为催化剂载体负载贵金属铂纳米粒子具有很好的电催化性能。 
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种Pt/锑掺杂二氧化锡-石墨烯催化剂的制备方法，制得的Pt/ATO-石墨烯催化剂活性组分高度分散，用作直接甲醇燃料电池阳极催化剂，表现出了很好的电催化氧化活性和抗CO中毒性能。 
本发明的一种Pt/锑掺杂二氧化锡-石墨烯催化剂的制备方法，包括： 
(1)将氧化石墨烯纳米片超声分散在无水乙醇中；将SnCl4·5H2O和SbCl3溶于上述溶液中，加热至40～80℃，搅拌45～90分钟直至完全溶解，配成混合溶液，其中元素Sb和Sn的摩尔比为1:10～1:50，SnCl4·5H2O、SbCl3的质量总和与石墨烯的质量比为1:5～1:50； 
(2)向上述混合溶液中加碱调节pH值至5～10，反应l～5小时，洗涤、过滤、干燥，研磨成粉末后，于500～800℃煅烧2～4小时，得到ATO-石墨烯粉末； 
(3)将H2PtCl6·6H2O溶于乙二醇溶液，在惰性气体氛围中以120～160℃加热0.5～2小时，得到Pt溶胶； 
(4)将步骤(2)制得的ATO-石墨烯粉末分散于无水乙醇中，得到ATO-石墨烯悬浮液，将步骤(3)制得的Pt溶胶与ATO-石墨烯悬浮液混合；加酸调节混合溶液pH值至4～7，洗涤至滤液中不含Cl-为止，干燥，得到负载活性金属Pt的Pt/ATO-石墨烯催化剂，其中，单质Pt在催化剂Pt/ATO-石墨烯中的质量比占10%～30%。 
所述步骤(2)中的碱为氨水或氢氧化钠。 
所述步骤(2)中的洗涤工艺为用去离子水或无水乙醇洗涤，干燥工艺为80～120℃真空或空气中干燥2～4小时。 
所述步骤(4)中的酸为稀硫酸或稀硝酸。 
所述步骤(4)中的干燥工艺为120～160℃真空干燥2～4小时。 
与现有技术相比，本发明一种Pt/锑掺杂二氧化锡-石墨烯催化剂的制备方法，工艺简单，成本低，制得的Pt/ATO-石墨烯催化剂活性组分高度分散，用做直接甲醇燃料电池阳极催化剂，表现出了很好的电催化氧化活性和抗CO中毒性能，具有良好的应用前景。 
具体实施方式
实施例l 
取0.77克SnCl4·5H2O、0.05克SbCl3和4.09克石墨烯溶解在200毫升无水乙醇中，搅拌均匀。然后向混合溶液中滴加1M的NaOH溶液至pH值为9.0。反应两小时后，过滤，无水乙醇洗涤三次，在100℃空气氛围中干燥2小时，然后在600℃马弗炉中煅烧2小时，得到ATO-石墨烯混合物。取18克H2PtCl6·6H2O溶解在含有0.1M的100毫升乙二醇中，在140℃下的惰性气体氛围中反应30分钟，得到含有单质Pt的溶胶。然后将反应后的浆液与ATO-石墨烯混合，搅拌2小时，然后用1M的硫酸溶液调节pH值至7.0。过滤后在140℃的烘箱中干燥2小时，得到催化剂Pt/ATO-石墨烯。 
实施例2 
取2.3克SnCl4·5H2O、0.1克SbCl3和14.4克石墨烯溶解在200毫升无水乙醇中，搅拌均匀。然后向混合溶液中滴加1M的NaOH溶液至pH值为8.0。反应两小时后，过滤，无水乙醇洗涤三次，在100℃空气氛围中干燥2小时，然后在650℃马弗炉中煅烧2小时，得到ATO-石墨烯混合物。取14克H2PtCl6·6H2O溶解在含有0.1M的100毫升乙二醇中，在150℃下的惰性气体氛围中反应30分钟，得到含有单质Pt的溶胶。然后将反应后的浆液与ATO-石墨烯混合，搅拌2小时，然后用1M的硫酸溶液调节pH值至6.0。过滤后在150℃的烘箱中干燥2小时，得到催化剂Pt/ATO-石墨烯。 
实施例3 
取4.15克SnCl4·5H2O、0.15克SbCl3和25.8克石墨烯溶解在200毫升无水乙醇中，搅拌均匀。然后向混合溶液中滴加1M的NaOH溶液至pH值为6.0。反应两小时后，过滤，无水乙醇洗涤三次，在100℃空气氛围中干燥2小时，然后在600℃马弗炉中煅烧4小时，得到ATO-石墨烯混合物。取11克H2PtCl6·6H2O溶解在含有0.1M的100毫升乙二醇中，在160℃下的惰性气体氛围中反应30分钟，得到含有单质Pt的溶胶。然后将反应后的浆液与ATO-石墨烯混合，搅拌2小时，然后用1M的硫酸溶液调节pH值至5.0。过滤后在160℃的烘箱中干燥2小时，得到催化剂Pt/ATO-石墨烯。 

Claims (5)

1.一种Pt/锑掺杂二氧化锡-石墨烯催化剂的制备方法，包括： 
(1)将氧化石墨烯纳米片超声分散在无水乙醇中；将SnCl4·5H2O和SbCl3溶于上述溶液中，加热至40～80℃，搅拌45～90分钟直至完全溶解，配成混合溶液，其中元素Sb和Sn的摩尔比为1:10～1:50，SnCl4·5H2O、SbCl3的质量总和与石墨烯的质量比为1:5～1:50； 
(2)向上述混合溶液中加碱调节pH值至5～10，反应l～5小时，洗涤、过滤、干燥，研磨成粉末后，于500～800℃煅烧2～4小时，得到ATO-石墨烯粉末； 
(3)将H2PtCl6·6H2O溶于乙二醇溶液，在惰性气体氛围中以120～160℃加热0.5～2小时，得到Pt溶胶； 
(4)将步骤(2)制得的ATO-石墨烯粉末分散于无水乙醇中，得到ATO-石墨烯悬浮液，将步骤(3)制得的Pt溶胶与ATO-石墨烯悬浮液混合；加酸调节混合溶液pH值至4～7，洗涤至滤液中不含Cl-为止，干燥，得到负载活性金属Pt的Pt/ATO-石墨烯催化剂，其中，单质Pt在催化剂Pt/ATO-石墨烯中的质量比占10%～30%。 
2.根据权利要求l所述的一种Pt/锑掺杂二氧化锡-石墨烯催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的碱为氨水或氢氧化钠。 
3.根据权利要求l所述的一种Pt/锑掺杂二氧化锡-石墨烯催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的洗涤工艺为用去离子水或无水乙醇洗涤，干燥工艺为80～120℃真空或空气中干燥2～4小时。 
4.根据权利要求l所述的一种Pt/锑掺杂二氧化锡-石墨烯催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中的酸为稀硫酸或稀硝酸。 
5.根据权利要求l所述的一种Pt/锑掺杂二氧化锡-石墨烯催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中的洗涤工艺为用去离子水洗涤，干燥工艺为120～160℃真空干燥2～4小时。 
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