CN107732263A - 一种高效电子传输结构的乙醇氧化催化剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高效电子传输结构的乙醇氧化催化剂的制备方法，其具体制备过程包括以下步骤：1.将葡萄糖，尿素和氯化镍混合配制成水溶液，经蒸干，煅烧，洗涤，干燥后可得氮掺杂的镍/碳固体样品；2.取上述所得氮掺杂的镍/碳样品与氯铂酸溶液混合配置成乙二醇溶液，经超声，油浴，离心洗涤，干燥后即得氮掺杂的铂镍/碳催化剂。本发明所制备的氮掺杂的铂镍/碳催化剂，具有高效的电子传输结构，优异的电催化氧化乙醇的性能。

Description

一种高效电子传输结构的乙醇氧化催化剂的制备方法
技术领域
本发明属于燃料电池催化剂技术领域，具体提供了一种高效电子传输结构的乙醇氧化催化剂的制备方法。
背景技术
直接乙醇燃料电池(DEFC)由于其燃料使用安全、来源丰富、价格低廉、易携带和储存等独特的优越性，越来越引起研究者的关注。目前，贵金属由于其在所有金属催化剂中表现出最高的的催化活性和优异的电催化效率，已成为直接甲醇燃料电池阳极和阴极催化剂主要的研究和应用对象。然而，由于阴极催化剂过电位高、阳极催化剂易中毒、催化剂的高成本以及碳载体易腐蚀与氧化等问题，研究者日益致力于研创具有新颖结构的高耐受性的阳极电催化剂以及低过电位的阴极催化剂。
选择合适的碳载体是提高纳米双金属催化剂电催化性能的另一个关键因素。目前，被广泛用作催化剂基板的碳材料主要包括炭黑、纳米碳纤维(CNFs)、碳纳米管、石墨烯和石墨烯粉末等。例如，在碳基燃料电池中，PdNi/C复合材料料和Ni@PbPt负载到石墨烯上，表现出较高的催化活性。除此之外，其他载体材料，如氧化铝和钛基载体也被广泛应用。本发明选择葡萄糖作为碳基体，主要是因为葡萄糖具有以下优点：1.资源丰富，成本低；2.葡萄糖热处理后变为多孔活性炭，结构优异，且导电性良好。
近年来，把杂原子掺杂到碳基体中有利于提高催化剂的物理化学性能，包括氮原子，硫或氟。例如，把氮和硫双掺杂到形貌可控的介孔碳中，氮掺杂到蜂窝状的碳中，还有氮掺杂到碳纳米纤维中并且负载在石墨烯上，这些都能提高乙醇的电催化氧化性能。氮掺杂的碳基体可以有效地提高电催化性能，因为氮官能团具有n型或金属行为，这能够改变成核和提供更多的化学活性位点。氮掺杂可以减小铂纳米粒子的尺寸，并对甲醇氧化显示出高的催化活性和良好的稳定性。
发明内容
本发明的目的是在于提供一种高效电子传输结构的乙醇氧化催化剂的制备方法。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
将葡萄糖，尿素和氯化镍混合配制成水溶液，经蒸干，煅烧，洗涤，干燥后可得氮掺杂的镍/碳固体样品；取上述所得氮掺杂的镍/碳样品与氯铂酸溶液混合配置成乙二醇溶液，经超声，油浴，离心洗涤，干燥后即得氮掺杂的铂镍/碳催化剂。
本发明以含有高度石墨化的碳和大量的碳包镍颗粒的氮掺杂的镍/碳固体样品为载体去负载贵金属铂。所得氮掺杂的铂镍/碳催化剂，具有优异的导电性、较高电催化氧化乙醇的催化活性。与商业的Pt/C相比，氮掺杂的铂镍/碳催化剂起始电位低，且电流密度远大于商业Pt/C催化剂。此外，与Pt/C催化剂相比，氮掺杂的铂镍/碳催化剂具有较高的稳定性和耐毒性。这归因于催化剂中分散的碳包镍颗粒通过铂纳米颗粒连接起来，有效的缩小了电子传输的距离且减少了电子传输的阳碍，极大的提高了催化剂的导电性，从而提高催化剂的电催化活性。因此，所制备的氮掺杂的铂镍/碳催化剂完全可以替代商业的Pt/C催化剂来降低醇燃料电池的商业化成本。
附图说明
图1为实施例1中制备的氮掺杂的铂镍/碳催化剂的HRTEM图；
图2为实施例1中制备的氮掺杂的铂镍/碳催化剂的XRD图；
图3为实施例1中制备的氮掺杂的铂镍/碳催化剂和商业Pt/C催化剂的循环伏安曲线。
具体实施方法
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例1
具体步骤如下：
称取1.5g葡萄糖，0.2g氯化镍和0.5g尿素混合溶解于30ml蒸馏水中，在100℃下干燥12h；所得固体样品氮气氛围下以3℃/min加热至800℃进行煅烧，保温2h，即得氮掺杂的镍/碳固体样品；取50mg上述样品分散于20mL的乙二醇溶液中，超声两小时后加入1.11ml的质量浓度为7.91mg/ml氯铂酸溶液，继续超声两小时，所得混合溶液移至三口烧瓶中，持续通入氮气，在温度为130℃且流动的油浴锅中反应3h，自然冷却后，用蒸馏水和乙醇清洗分别离心清洗5次，然后在干燥箱中100℃下干燥10h，即得氮掺杂的铂镍/碳催化剂。所得催化剂的形貌如图1所示，催化剂中碳被高度石墨化，镍纳米颗粒成功被包覆，并且形成一个有效的电子传输结构。图2为制备的氮掺杂的铂镍/碳催化剂的XRD图，可以看出图中皆出现归属于面心立方铂和面心立方镍的特征衍射峰，这说明铂和镍成功负载到催化剂中。图3为制备的氮掺杂的铂镍/碳催化剂在0.1mol/mL的氢氧化钾+0.5mol/mL乙醇溶液中的循环伏安曲线图，可以看出氮掺杂的铂镍/碳催化剂表现出超高的电流密度(250.58mA mg-1)，较低起始电位和良好的稳定性。
实施例2
与实施例1相同，除将氯铂酸溶液的用量改为0.74mL。所制备的催化剂颗粒分散不均匀，电流密度低。
实施例3
与实施例1相同，除将氯铂酸溶液的用量改为2.22mL。所制备的催化剂出现明显的团聚现象，电流密度低。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法和核心思想，在不脱离本发明的原理下进行的改进和修饰，均应包括在本发明的范围内。

Claims (7)

1.一种高效电子传输结构的乙醇氧化催化剂的制备方法，其特征在于：
(1)将葡萄糖，尿素和氯化镍混合配制成水溶液，经蒸干，煅烧，洗涤，干燥后可得氮掺杂的镍/碳固体样品；
(2)取上述所得氮掺杂的镍/碳样品与氯铂酸溶液混合配置成乙二醇溶液，经超声，油浴，离心洗涤，干燥后即得氮掺杂的铂镍/碳催化剂。
2.如权利要求1所述的高效电子传输结构的乙醇氧化催化剂的制备方法，其特征在于(1)所述葡萄糖，尿素，氯化镍和水的质量比为1∶0.4～1.2∶0.15～0.45∶25。
3.如权利要求1所述的高效电子传输结构的乙醇氧化催化剂的制备方法，其特征在于(1)所述干燥温度为80～110℃，干燥时间10～12h。
4.如权利要求1所述的高效电子传输结构的乙醇氧化催化剂的制备方法，其特征在于(1)所述的煅烧步骤如下：氮气氛围以5～10℃/min升温速率升到600～1100℃，保温1～5h。
5.如权利要求1所述的高效电子传输结构的乙醇氧化催化剂的制备方法，其特征在于(2)所述氮掺杂的镍/碳样品，氯铂酸溶液和乙二醇溶液的用量分别为30～80mg，1.11～2.22mL和20～50mL。
6.如权利要求1所述的高效电子传输结构的乙醇氧化催化剂的制备方法，其特征在于(2)所述油浴步骤如下：氮气氛围下，在温度为100～150℃且流动的油浴锅内反应1～5h。
7.如权利要求1～6所制备的高效电子传输结构的乙醇氧化催化剂，具有良好的导电性，超高的电流密度(250.58mA mg-1)和很好的稳定性。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109065893A (zh) * 2018-06-21 2018-12-21 华南理工大学 一种复合电催化材料及其制备方法和应用
CN112563523A (zh) * 2020-12-11 2021-03-26 航天氢能(上海)科技有限公司 一种石墨化碳层限域的多元铂合金催化剂及其制备方法
CN112885895A (zh) * 2021-01-25 2021-06-01 北海惠科光电技术有限公司 石墨烯导电薄膜的制备方法、以及薄膜晶体管和显示装置

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101298048A (zh) * 2008-06-16 2008-11-05 重庆大学 一种碳纳米管上过渡金属锚定铂催化剂的方法
CN101480612A (zh) * 2009-01-09 2009-07-15 南京大学 碳氮纳米管为载体的含铂双金属电极催化剂及制备方法
CN104353480A (zh) * 2014-09-26 2015-02-18 广西师范大学 三维氮掺杂石墨烯载铂铜复合电催化剂及其制备方法
CN105406088A (zh) * 2015-10-30 2016-03-16 苏州大学 一种小分子醇氧化电催化材料及其制备方法与应用
CN105688935A (zh) * 2016-01-13 2016-06-22 安徽师范大学 一种Pt/Cu-Ni催化剂的制备方法及其催化氧化醇类的方法及应用
WO2016168303A1 (en) * 2015-04-13 2016-10-20 The Regents Of The University Of California HIGH PERFORMANCE TRANSITION METAL-DOPED Pt-Ni CATALYSTS
CN106423242A (zh) * 2016-09-12 2017-02-22 天津工业大学 一种氮掺杂的镍/碳高性能乙醇氧化催化剂的制备方法
CN107069054A (zh) * 2017-05-18 2017-08-18 成都艾欧新能源科技有限公司 高效稳定的燃料电池催化剂材料制备方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101298048A (zh) * 2008-06-16 2008-11-05 重庆大学 一种碳纳米管上过渡金属锚定铂催化剂的方法
CN101480612A (zh) * 2009-01-09 2009-07-15 南京大学 碳氮纳米管为载体的含铂双金属电极催化剂及制备方法
CN104353480A (zh) * 2014-09-26 2015-02-18 广西师范大学 三维氮掺杂石墨烯载铂铜复合电催化剂及其制备方法
WO2016168303A1 (en) * 2015-04-13 2016-10-20 The Regents Of The University Of California HIGH PERFORMANCE TRANSITION METAL-DOPED Pt-Ni CATALYSTS
CN105406088A (zh) * 2015-10-30 2016-03-16 苏州大学 一种小分子醇氧化电催化材料及其制备方法与应用
CN105688935A (zh) * 2016-01-13 2016-06-22 安徽师范大学 一种Pt/Cu-Ni催化剂的制备方法及其催化氧化醇类的方法及应用
CN106423242A (zh) * 2016-09-12 2017-02-22 天津工业大学 一种氮掺杂的镍/碳高性能乙醇氧化催化剂的制备方法
CN107069054A (zh) * 2017-05-18 2017-08-18 成都艾欧新能源科技有限公司 高效稳定的燃料电池催化剂材料制备方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109065893A (zh) * 2018-06-21 2018-12-21 华南理工大学 一种复合电催化材料及其制备方法和应用
CN109065893B (zh) * 2018-06-21 2021-03-30 华南理工大学 一种复合电催化材料及其制备方法和应用
CN112563523A (zh) * 2020-12-11 2021-03-26 航天氢能(上海)科技有限公司 一种石墨化碳层限域的多元铂合金催化剂及其制备方法
CN112885895A (zh) * 2021-01-25 2021-06-01 北海惠科光电技术有限公司 石墨烯导电薄膜的制备方法、以及薄膜晶体管和显示装置

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