CN107732264A - 一种氮掺杂的铂钴/碳氧还原催化剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种氮掺杂的铂钴/碳氧还原催化剂的制备方法，其具体过程包括以下步骤：将葡萄糖，尿素，乙酸钴和氯铂酸溶液混合配制成水溶液，经蒸干，煅烧，洗涤，干燥后即得氮掺杂的铂钴/碳氧还原催化剂。本发明旨在提供一种制备工艺简单、且具有较高活性和高稳定性的金属氧还原电催化剂及其制备方法。

Description

一种氮掺杂的铂钴/碳氧还原催化剂的制备方法
技术领域
本发明设计一种具有优异电催化还原氧气性能的氮掺杂的铂钴/碳氧还原催化剂的制备方法
背景技术
燃料电池是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料电池十分复杂，涉及化学热力学、电化学、电催化、材料科学、电力系统及自动控制等众多学科相关理论，具有发电效率高、环境污染少等优点。燃料电池用途广泛，既可应用于军事、空间、发电厂领域，也可应用于机动车、移动设备、居民家庭等领域。多年来人们一直在努力寻找既有较高的能源利用效率又不污染环境的能源利用方式，而燃料电池就是比较理想的发电技术。
燃料电池组成与一般电池相同，其单体电池是由两个电极以及电解质组成。它以燃料作为电池负极活性物质，在负极发生氧化反应氧作为燃料电池的正极活性质，在正极发生还原反应。正极和负极之间由只具有离子导电性的电解质隔开，这样燃料的氧化反应与氧的还原反应是分别在两个场所发生，反应物与反应产物之间的能差以正、负极的电位差及流过外电路的电流释放出来。在阴极发生的氧还原反应在燃料电池中是一个重要的过程，选择合适的催化剂对其进行催化，可以降低他们的电势并获得高的输出电压，从而提高燃料电池的性能。铂是一种典型的氧还原电催化剂，因其具有高的活性和稳定性，成为当前研究的热点。然而，因为铂的供应有限而且价格昂贵，在很大程度上限制了其在燃料电池中的应用。应对这一挑战，近期的研究工作都集中在如何通过制备铂基复合物减少铂的使用量。
发明内容
为了解决现有氧还原电催化剂制备成本高、工艺复杂、活性低而导致燃料电池无法真正商业化的问题。本发明的首要目的在于提供一种氧还原电催化剂的制备方法。
本发明目的通过以下技术方案实现：
室温条件下，将葡萄糖，尿素，乙酸钴和氯铂酸溶液混合配制成水溶液，经蒸干，煅烧，洗涤，干燥后即得氮掺杂的铂钴/碳氧还原催化剂。
本发明具有以下主要优点和有益效果：
1)本发明所述的氧还原催化剂为贵金属和非贵金属碳复合材料，所用原料资源丰富且易于制备，成本低；
2)本发明所述的氮掺杂的铂钴/碳氧还原催化剂甲醇耐受性强，在0.1mol/mL的硫酸电解液中加入0.5mol/L的甲醇，催化剂的催化活性几乎没有衰减；
3)本发明所述的氮掺杂的铂钴/碳氧还原催化剂，具有较好的氧还原催化活性，较目前研究报道的贵金属和非金属催化剂单方面活性具有显著优势；
4)本发明所述的氮掺杂的铂钴/碳氧还原催化剂制备工艺简单，易于操作，适于大规模生产。
附图说明
图1是本发明实施例1所制备的氮掺杂的铂钴/碳氧还原催化剂的TEM图；
图2是本发明实施例1所制备的氮掺杂的铂钴/碳氧还原催化剂在持续通入30分钟氧气的0.1mol/mL硫酸溶液中的线性伏安曲线。
具体实施方式
实施例1
一种氮掺杂的铂钴/碳氧还原催化剂的制备方法，包括如下步骤：取1.8g葡萄糖，0.8g尿素，0.5g乙酸钴和0.5mL的氯铂酸溶液混合配成水溶液，经100℃干燥10h后，氮气氛围下在高温管式炉中以5℃/min的升温速率加热至900℃进行煅烧，保温3h，自然冷却至室温，即得氮掺杂的铂钴/碳氧还原催化剂。所得氮掺杂的铂钴/碳氧还原催化剂的结构形貌如图1所示，显然铂钴成功的负载到碳载体上，且大部分铂钴纳米颗粒被碳包覆。图2为所制备氮掺杂的铂钴/碳氧还原催化剂在持续通入半小时氧气的0.1mol/mL的硫酸溶液中的线性伏安曲线，该催化剂表现出较低的起始电位和超高的电流密度。
实施例2
与实施例1相同，只将氯铂酸溶液的用量改为0.1mL。由此所得氮掺杂的铂钴/碳氧还原催化剂电流密度较低。
实施例3
与实施例1相同，只将氯铂酸溶液的用量改为0.3mL。由此所得氮掺杂的铂钴/碳氧还原催化剂电流密度较低，起始电位高。
实施例4
与实施例1相同，只将氯铂酸溶液的用量改为0.7mL。由此所得氮掺杂的铂钴/碳氧还原催化剂出现明显的团聚，电催化氧还原活性低。
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 (6)

1.一种氮掺杂的铂钴/碳氧还原催化剂的制备方法，其特征在于，室温条件下，将葡萄糖，尿素，乙酸钴和氯铂酸溶液混合配制成水溶液，经蒸干，煅烧，洗涤，干燥后即得氮掺杂的铂钴/碳氧还原催化剂。
2.根据权利要求书1所述一种氮掺杂的铂钴/碳氧还原催化剂的制备方法，其特征在于所述葡萄糖，尿素，乙酸钴和水的质量比为1∶0.4～1.2∶0.3～1.5。
3.根据权利要求书1所述一种氮掺杂的铂钴/碳氧还原催化剂的制备方法，其特征在于所述氯铂酸溶液质量浓度为7.91mg/mL，用量为0.1～1.0mL。
4.根据权利要求书1所述一种氮掺杂的铂钴/碳氧还原催化剂的制备方法，其特征在于所述干燥过程为100～120℃下干燥8～12h。
5.根据权利要求书1所述一种氮掺杂的铂钴/碳氧还原催化剂的制备方法，其特征在于所述煅烧过程为在氮气氛围下，以3～7℃/min的升温速率加热至700～1200℃，保温1～4h。
6.根据权利要求书1～5所述的制备方法制备的氮掺杂的铂钴/碳氧还原催化剂，结构稳定、性能优异、可重复性好、可大规模生产，在电化学传感器、燃料电池和氧还原相关领域具有很好的应用前景。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112008090A (zh) * 2020-09-01 2020-12-01 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 一种链状金属合金材料及其制备方法与应用
CN114142044A (zh) * 2021-11-09 2022-03-04 复旦大学 一种铂碳催化剂的碳包覆方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120094207A1 (en) * 2009-04-28 2012-04-19 Showa Denko K.K. Catalyst, production process therefor, and use thereof
CN105355935A (zh) * 2015-11-11 2016-02-24 大连理工大学 一种贵金属电催化剂的制备方法及应用
CN105609789A (zh) * 2016-03-15 2016-05-25 南京大学（苏州）高新技术研究院 一种York-shell型氮掺杂碳纳米笼包覆铂纳米颗粒的高抗醇性能氧还原电催化剂制备方法
CN106910899A (zh) * 2017-02-27 2017-06-30 广西大学 一种氮掺杂双壳层结构纳米催化剂的制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120094207A1 (en) * 2009-04-28 2012-04-19 Showa Denko K.K. Catalyst, production process therefor, and use thereof
CN105355935A (zh) * 2015-11-11 2016-02-24 大连理工大学 一种贵金属电催化剂的制备方法及应用
CN105609789A (zh) * 2016-03-15 2016-05-25 南京大学（苏州）高新技术研究院 一种York-shell型氮掺杂碳纳米笼包覆铂纳米颗粒的高抗醇性能氧还原电催化剂制备方法
CN106910899A (zh) * 2017-02-27 2017-06-30 广西大学 一种氮掺杂双壳层结构纳米催化剂的制备方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112008090A (zh) * 2020-09-01 2020-12-01 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 一种链状金属合金材料及其制备方法与应用
CN114142044A (zh) * 2021-11-09 2022-03-04 复旦大学 一种铂碳催化剂的碳包覆方法
CN114142044B (zh) * 2021-11-09 2022-10-11 复旦大学 一种铂碳催化剂的碳包覆方法

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