CN107749484A - 一种担载型凹立方体铂纳米晶体催化剂的制备方法 - Google Patents
一种担载型凹立方体铂纳米晶体催化剂的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107749484A CN107749484A CN201710813147.6A CN201710813147A CN107749484A CN 107749484 A CN107749484 A CN 107749484A CN 201710813147 A CN201710813147 A CN 201710813147A CN 107749484 A CN107749484 A CN 107749484A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- preparation
- walled carbon
- carbon nanotube
- electrode
- platinum
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims abstract description 46
- 239000002159 nanocrystal Substances 0.000 title claims abstract description 39
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 31
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 93
- 239000002048 multi walled nanotube Substances 0.000 claims abstract description 53
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 30
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 29
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 claims abstract description 14
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 14
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910021397 glassy carbon Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 238000007747 plating Methods 0.000 claims description 8
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 8
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 7
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 claims description 5
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 4
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 claims description 4
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 claims description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 4
- 150000003242 quaternary ammonium salts Chemical class 0.000 claims description 4
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N urea group Chemical group NC(=O)N XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229920000557 Nafion® Polymers 0.000 claims description 3
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 3
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011591 potassium Substances 0.000 claims description 3
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 3
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 3
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims description 3
- 239000001763 2-hydroxyethyl(trimethyl)azanium Substances 0.000 claims description 2
- 235000019743 Choline chloride Nutrition 0.000 claims description 2
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- SGMZJAMFUVOLNK-UHFFFAOYSA-M choline chloride Chemical group [Cl-].C[N+](C)(C)CCO SGMZJAMFUVOLNK-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- 229960003178 choline chloride Drugs 0.000 claims description 2
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 claims description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims 10
- 235000013877 carbamide Nutrition 0.000 claims 5
- DLFVBJFMPXGRIB-UHFFFAOYSA-N Acetamide Chemical compound CC(N)=O DLFVBJFMPXGRIB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 4
- QUSNBJAOOMFDIB-UHFFFAOYSA-N Ethylamine Chemical compound CCN QUSNBJAOOMFDIB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 238000013019 agitation Methods 0.000 claims 2
- 238000010790 dilution Methods 0.000 claims 2
- 239000012895 dilution Substances 0.000 claims 2
- 230000005518 electrochemistry Effects 0.000 claims 2
- 125000000542 sulfonic acid group Chemical group 0.000 claims 2
- MPNXSZJPSVBLHP-UHFFFAOYSA-N 2-chloro-n-phenylpyridine-3-carboxamide Chemical compound ClC1=NC=CC=C1C(=O)NC1=CC=CC=C1 MPNXSZJPSVBLHP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract description 19
- 239000000446 fuel Substances 0.000 abstract description 13
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 abstract description 9
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 abstract description 7
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 abstract description 7
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 abstract description 5
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 abstract description 5
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 abstract description 4
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 abstract description 4
- 238000002484 cyclic voltammetry Methods 0.000 abstract description 4
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 abstract description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 abstract 1
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 abstract 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 abstract 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 4
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 4
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 3
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 3
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 3
- 239000012736 aqueous medium Substances 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- 229960001231 choline Drugs 0.000 description 2
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 235000011187 glycerol Nutrition 0.000 description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 2
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 2
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 2
- 239000011865 Pt-based catalyst Substances 0.000 description 1
- VYWQTJWGWLKBQA-UHFFFAOYSA-N [amino(hydroxy)methylidene]azanium;chloride Chemical compound Cl.NC(N)=O VYWQTJWGWLKBQA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- OEYIOHPDSNJKLS-UHFFFAOYSA-N choline Chemical compound C[N+](C)(C)CCO OEYIOHPDSNJKLS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002860 competitive effect Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 description 1
- 238000006056 electrooxidation reaction Methods 0.000 description 1
- UQSQSQZYBQSBJZ-UHFFFAOYSA-N fluorosulfonic acid Chemical group OS(F)(=O)=O UQSQSQZYBQSBJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002638 heterogeneous catalyst Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Chemical group 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Chemical group 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 1
- 239000002082 metal nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001132 ultrasonic dispersion Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/90—Selection of catalytic material
- H01M4/92—Metals of platinum group
- H01M4/925—Metals of platinum group supported on carriers, e.g. powder carriers
- H01M4/926—Metals of platinum group supported on carriers, e.g. powder carriers on carbon or graphite
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/1009—Fuel cells with solid electrolytes with one of the reactants being liquid, solid or liquid-charged
- H01M8/1011—Direct alcohol fuel cells [DAFC], e.g. direct methanol fuel cells [DMFC]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/1009—Fuel cells with solid electrolytes with one of the reactants being liquid, solid or liquid-charged
- H01M8/1011—Direct alcohol fuel cells [DAFC], e.g. direct methanol fuel cells [DMFC]
- H01M8/1013—Other direct alcohol fuel cells [DAFC]
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明公开一种担载型凹立方体铂纳米晶体催化剂的制备方法，涉及直接醇类燃料电池催化剂领域。本发明以一种非水体系低共熔溶剂为介质，在不添加任何表面活性剂的情况下，通过电化学循环伏安法可控制备高指数晶面凹立方体Pt纳米晶体沉积于多壁碳纳米管表面。本发明的凹立方体Pt纳米晶体表面为{hk0}高指数晶面，其乙醇电催化氧化的峰电流密度为市售的20wt％Pt/C催化剂的2.8倍。因本发明的凹立方体铂纳米晶原位生长在碳纳米管表面，以及金属铂‑多壁碳纳米管之间的相互作用和Pt纳米晶体的开放表面结构，使催化剂表现出高的电催化性能，并有效解决在燃料电池实际工况下Pt纳米粒子的聚集和流失以及催化剂载体氧化腐蚀等问题。
Description
技术领域
本发明涉及直接醇类燃料电池催化剂领域，具体地说是一种担载型凹立方体铂纳米晶体催化剂的制备方法。
背景技术
直接醇类燃料电池以其启动快、效率高、工作温度低、能量密度高、组装和携带方便，以及燃料来源丰富、安全等特点，是未来清洁能源领域中一种有竞争力的能源转换技术。目前，直接醇类燃料电池中所使用的催化剂主要为Pt/C催化剂；但其稳定性欠佳，在燃料电池动电位扫描时Pt纳米粒子会产生溶解、聚集、流失等现象，导致活性比表面积减少，降低电池性能。此外，Pt/C催化剂使用的载体为Vulcan XC 72碳黑，在燃料电池实际工况下会产生氧化腐蚀，严重导致所担载的贵金属催化剂的流失及聚集，促使催化剂颗粒长大，活性比表面积减小，从而导致电池性能衰减。如何研制一种既可避免贵金属催化剂的聚集和流失，又可提高催化剂载体抗氧化性且不损失其比表面积和降低其电子传导性的催化剂是提高燃料电池性能的关键问题。
此外，目前已公开的大量发明专利中所发明的担载型Pt基催化剂无定型的Pt纳米粒子，且表面大都为低指数晶面如{100}、{111}晶面等围成(CN106654326A；CN106732551A；CN106475092A；CN106505214A；CN106555607A；CN106981667A；CN106960962A；CN105056941A；CN102039121A；CN1954392A；CN1780037A；CN1404179A等)。然而，相关表面基础研究指出，高指数晶面具有高密度的台阶原子和扭结原子，具有开放的表面结构，其催化活性和稳定性显著优于原子紧密排列的低指数晶面(如{100}、{111}晶面等)(J.Phys.Chem.C 2008,112,19801)，因此制备具有高指数晶面的金属纳米晶体是显著提高其催化剂性能的有效途径。但高指数晶面具有很高的表面能，在晶体生长过程中其生长速率大于低指数晶面的生长速率而趋于消失，导致最终形成的纳米晶体由低指数晶面围成。因此，可控合成表面为高指数晶面的金属纳米粒子是一个巨大的挑战，尤其是原位生长在异相催化剂载体上。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明以多壁碳纳米管为载体，在非水介质中通过电沉积的方法在碳纳米管表面原位生长具有高指数晶面结构的凹立方体铂纳米晶体，制得高性能的直接醇类燃料电池催化剂，并解决在燃料电池实际工况下铂纳米粒子的聚集和流失以及催化剂载体氧化腐蚀等问题。
本发明是利用一种非水体系低共熔溶剂为介质，在不添加任何表面活性剂的情况下，采用电化学循环伏安法可控制备一种高性能的多壁碳纳米管担载高指数晶面凹立方体铂纳米晶体的直接醇类燃料电池用催化剂。
为实现上述目的，本发明具体采用以下技术方案：
一种担载型凹立方体铂纳米晶体催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)低共熔溶剂的制备：称量一定量季铵盐和氢键给体添加到圆底烧瓶中，密封，置于甘油浴中磁力搅拌至无色液体，即制得低共熔溶剂。
(2)镀液的配制：将铂前驱体溶于步骤(1)制备的低共熔溶剂中，配制含有一定浓度铂前驱体的低共熔溶剂镀液。
(3)多壁碳纳米管预处理：将一定量市售的多壁碳纳米管添加到浓酸溶液中，加热、磁力搅拌，然后用超纯水离心洗涤至pH呈中性，之后将所得到的多壁碳纳米管置于真空干燥箱中干燥，备用。
(4)玻碳电极预处理：玻碳电极用氧化铝研磨粉进行机械抛光，然后置于超纯水浴中超声清洗，自然晾干，备用。
(5)多壁碳纳米管/玻碳工作电极的制备：称取一定量步骤(3)处理过的多壁碳纳米管添加到乙醇/水分散液中，超声分散，制得一种均匀分散的多壁碳纳米管浆液；然后用移液器移取一定量该多壁碳纳米管浆液滴于步骤(4)处理过的玻碳电极表面，自然晾干；之后再滴加适量的稀释的全氟磺酸质子交换树脂溶液，自然晾干，即制得多壁碳纳米管/玻碳工作电极。
(6)多壁碳纳米管担载高指数晶面凹立方体铂纳米晶体催化剂的制备：将步骤(5)中制备的工作电极置于盛有适量步骤(2)配制的镀液的三电极电解池中，参比电极和对电极分别为铂丝电极和铂片电极，经电化学循环伏安沉积得到目标催化剂，即多壁碳纳米管担载高指数晶面凹立方体铂纳米晶体催化剂。
通过对最终产物进行扫描电子显微镜表征，证明有效制备了多壁碳纳米管担载凹立方体铂纳米晶体；该方法制备的铂纳米粒子负载在多壁碳纳米管的表面上，且分散均匀。
通过对最终产物进行透射电子显微镜表征，证明多壁碳纳米管担载铂纳米粒子为凹立方体，及表面为{hk0}高指数晶面。
以醇类(如甲醇、乙醇、乙二醇等)为探针分子，评价所制备多壁碳纳米管担载高指数晶面凹立方体铂纳米晶体催化剂的电催化性能。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
1、本发明建立一种基于非水介质低共熔溶剂可控制备凹立方体Pt纳米晶体负载在多壁碳纳米管表面的制备方法；
2、本发明制备的凹立方体Pt纳米晶体表面为{hk0}高指数晶面，在碳纳米管表面分散性高，粒径可控在10～40nm；
3、本发明所制备的多壁碳纳米管担载高指数晶面凹立方体Pt纳米晶体催化剂的电催化性能较好，对乙醇电催化氧化的峰电流密度为市售的20wt％Pt/C催化剂的2.8倍；
4、本发明制备的具有高指数晶面结构的凹立方体铂纳米晶体原位生长在碳纳米管表面，解决了在燃料电池实际工况下Pt纳米粒子的聚集和流失以及催化剂载体氧化腐蚀等问题；
5、本发明简单易行，可以准确地调控Pt纳米粒子地形貌和粒径。
附图说明
图1为实施例1制备多壁碳纳米管担载凹立方体Pt纳米晶体催化剂的SEM图；
图2为实施例2制备多壁碳纳米管担载凹立方体Pt纳米晶体催化剂的SEM图；
图3为实施例1制备多壁碳纳米管担载凹立方体Pt纳米晶体催化剂和市售20wt％Pt/C催化剂对乙醇电氧化的循环伏安曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和实例进一步说明本发明的实质内容，但本发明的内容并不限于此。
实施例1：
本实施方式中多壁碳纳米管担载高指数晶面凹立方体Pt纳米晶体催化剂的制备方法是按以下步骤实现：
(1)氯化胆碱-脲基低共熔溶剂制备：氯化胆碱和脲按摩尔比为1:2添加到圆底烧瓶中并密封，置于80℃甘油浴中并磁力搅拌至无色液体，置于真空干燥箱中60℃下干燥12h，备用。
(2)镀液的配制：将铂前驱体氯铂酸钾溶于步骤(1)制备的低共熔溶剂中，配制含有10mM氯铂酸钾的氯化胆碱-脲基低共熔溶剂溶液。
(3)多壁碳纳米管预处理：将100mg多壁碳纳米管添加到100mL浓度为0.8M的硝酸溶液中，60℃下磁力搅拌4h，然后用超纯水离心洗涤至pH呈中性，将所得到的多壁碳纳米管置于真空干燥箱中60℃下干燥12h，备用。
(4)玻碳电极的制备：在实验前，玻碳工作电极(GC，)用1μm的氧化铝研磨粉进行机械抛光，然后均置于超纯水浴中超声清洗3次，自然晾干，备用。
(5)多壁碳纳米管/玻碳工作电极的制备：称取10mg步骤(3)处理过的多壁碳纳米管添加到10mL的乙醇/水(体积比＝1:1)分散液中，超声分散10min，制得均匀分散的多壁碳纳米管浆液，所制得的浆液中多壁碳纳米管的含量为1μg/μL；然后用移液器移取10μL所制备的多壁碳纳米管浆液滴于玻碳工作电极表面，自然晾干；再滴加5μL稀释100倍的5wt％Nafion乙醇/水(体积比＝1:1)溶液，自然晾干，制得多壁碳纳米管/玻碳工作电极上多壁碳纳米管载量为35.38μg/cm2。
(6)多壁碳纳米管担载高指数晶面凹立方体铂纳米晶体催化剂的制备：将步骤(5)中制备的工作电极置于盛有适量步骤(2)配制的镀液的三电极电解池中，参比电极和对电极分别为铂丝电极和铂片电极，通过上海辰华仪器有限公司生产的CHI 660D电化学工作站进行电化学循环伏安沉积实验。沉积温度为60℃，扫描电势范围为-0.2～-1.5V，扫描速率为50mV/s，循环周数为40周。在该条件下，经电化学循环伏安沉积即制备得多壁碳纳米管担载高指数晶面凹立方体铂纳米晶体催化剂。
实施例2：
本实施方式中多壁碳纳米管担载高指数晶面凹立方体Pt纳米晶体催化剂的制备方法是按以下步骤实现：
步骤(1)-(5)与实施例1相同。
步骤(6)中将循环周数设置为60周，其他操作和条件与实施例1中的步骤(6)相同。
通过对最终产物进行扫描电子显微镜和透射电子显微镜表征，证明有效制备了多壁碳纳米管担载凹立方体铂纳米晶体；该方法制备的铂纳米粒子负载在多壁碳纳米管的表面上，且分散均匀；以及凹立方体的表面为{hk0}高指数晶面。
以乙醇为探针分子，评价所制备多壁碳纳米管担载高指数晶面凹立方体铂纳米晶体催化剂的电催化性能。
Claims (7)
1.一种担载型凹立方体铂纳米晶体催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)低共熔溶剂的制备：称量一定量季铵盐和氢键给体添加到圆底烧瓶中，密封，置于甘油浴中磁力搅拌至无色液体，即制得低共熔溶剂；
(2)镀液的配制：将铂前驱体溶于步骤(1)制备的低共熔溶剂中，配制含有一定浓度铂前驱体的低共熔溶剂镀液；
(3)多壁碳纳米管预处理：将一定量市售的多壁碳纳米管添加到浓酸溶液中，加热、磁力搅拌，然后用超纯水离心洗涤至pH呈中性，之后将所得到的多壁碳纳米管置于真空干燥箱中干燥，备用；
(4)玻碳电极预处理：玻碳电极用氧化铝研磨粉进行机械抛光，然后置于超纯水浴中超声清洗，自然晾干，备用；
(5)多壁碳纳米管/玻碳工作电极的制备：称取一定量步骤(3)处理过的多壁碳纳米管添加到乙醇/水分散液中，超声分散，制得一种均匀分散的多壁碳纳米管浆液；然后用移液器移取一定量该多壁碳纳米管浆液滴于步骤(4)处理过的玻碳电极表面，自然晾干；之后再滴加适量的稀释的全氟磺酸质子交换树脂溶液，自然晾干，即制得多壁碳纳米管/玻碳工作电极；
(6)多壁碳纳米管担载高指数晶面凹立方体铂纳米晶体催化剂的制备：将步骤(5)中制备的工作电极置于盛有适量步骤(2)配制的镀液的三电极电解池中，参比电极和对电极分别为铂丝电极和铂片电极，经电化学循环伏安沉积得到目标催化剂，即多壁碳纳米管担载高指数晶面凹立方体铂纳米晶体催化剂。
2.根据权利要求1所述的一种担载型凹立方体铂纳米晶体催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，所述的季铵盐为氯化胆碱、(2-乙酰氧基乙基)三甲基氯化铵、一乙胺盐酸盐中的一种；所述步骤(1)中，所述的氢键给体为脲、1-甲基脲、1,3-二甲基脲、1,1-二甲基脲、乙酰胺中的一种；所述步骤(1)中，所述的季铵盐和氢键给体的摩尔比为1:1～3:4。
3.根据权利要求1所述的一种担载型凹立方体铂纳米晶体催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，所述的铂前驱体为氯铂酸钾、氯铂酸中的一种；所述步骤(2)中，所述的镀液浓度为5～20mM。
4.根据权利要求1所述的一种担载型凹立方体铂纳米晶体催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，所述的浓酸溶液为0.6～1.0M的浓硝酸溶液；所述步骤(3)中，所述的加热温度为70～80℃，磁力搅拌时间为4～6h。
5.根据权利要求1所述的一种担载型凹立方体铂纳米晶体催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中，所述的氧化铝研磨粉的粒径为0.5～5μm；所述步骤(4)中，所述的机械抛光时间为3～5min；所述步骤(4)中，所述的超声清洗次数为3～5次。
6.根据权利要求1所述的一种担载型凹立方体铂纳米晶体催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)中，所述的分散液为乙醇/水(体积比＝1:1～1:3)溶液；所述步骤(5)中，所述的多壁碳纳米管浆液中多壁碳纳米的含量为1～2μg/μL；所述步骤(5)中，所述的全氟磺酸质子交换树脂溶液为5wt％Nafion或10wt％Nafion中的一种，其稀释液为乙醇/水(体积比＝1:1～1:3)溶液；所述步骤(5)中，所述的多壁碳纳米管/玻碳工作电极上多壁碳纳米管载量为35.38～70.76μg/cm2。
7.根据权利要求1所述的一种担载型凹立方体铂纳米晶体催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(6)中，所述的电化学循环伏安沉积条件为：温度为50～70℃，扫描电势范围为-0.2～-1.5V，扫描速率为25～75mV/s，循环周数为10～60周；所述步骤(6)中，所述的多壁碳纳米管担载的铂纳米晶体表面为{hk0}高指数晶面的凹立方体，粒径可控范围：10～40nm。所述步骤(6)中，所述的凹立方体其形成与酰胺类氢键给体如脲、1-甲基脲、1,3-二甲基脲、1,1-二甲基脲、乙酰胺的存在密切相关。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710813147.6A CN107749484A (zh) | 2017-09-11 | 2017-09-11 | 一种担载型凹立方体铂纳米晶体催化剂的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710813147.6A CN107749484A (zh) | 2017-09-11 | 2017-09-11 | 一种担载型凹立方体铂纳米晶体催化剂的制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107749484A true CN107749484A (zh) | 2018-03-02 |
Family
ID=61254961
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710813147.6A Pending CN107749484A (zh) | 2017-09-11 | 2017-09-11 | 一种担载型凹立方体铂纳米晶体催化剂的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107749484A (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108448129A (zh) * | 2018-03-06 | 2018-08-24 | 江苏师范大学 | 凹立方体Pt-Ir合金纳米晶催化剂的制备方法 |
| CN108767267A (zh) * | 2018-04-16 | 2018-11-06 | 江苏师范大学 | 基于低共熔溶剂凹立方体铂-稀土合金纳米晶体的制备方法 |
| CN108878911A (zh) * | 2018-06-19 | 2018-11-23 | 广西师范大学 | 一种基于低共熔溶剂的氮掺杂碳纳米管载Pt催化剂及其制备方法与应用 |
| CN112323108A (zh) * | 2020-11-10 | 2021-02-05 | 上海大学 | 一种铂复合材料的制备方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104198551A (zh) * | 2014-09-22 | 2014-12-10 | 郑州大学 | 制作纳米铂和多壁碳纳米管修饰的玻碳电极及利用该电极检测雌二醇的方法 |
| CN105664927A (zh) * | 2015-12-30 | 2016-06-15 | 厦门大学 | 碳纸负载高指数晶面铂纳米粒子催化剂及制备方法和应用 |
| CN106816606A (zh) * | 2017-01-19 | 2017-06-09 | 广西师范大学 | 一种凹立方体PtLa合金纳米晶催化剂的制备与应用 |
-
2017
- 2017-09-11 CN CN201710813147.6A patent/CN107749484A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104198551A (zh) * | 2014-09-22 | 2014-12-10 | 郑州大学 | 制作纳米铂和多壁碳纳米管修饰的玻碳电极及利用该电极检测雌二醇的方法 |
| CN105664927A (zh) * | 2015-12-30 | 2016-06-15 | 厦门大学 | 碳纸负载高指数晶面铂纳米粒子催化剂及制备方法和应用 |
| CN106816606A (zh) * | 2017-01-19 | 2017-06-09 | 广西师范大学 | 一种凹立方体PtLa合金纳米晶催化剂的制备与应用 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| LU WEI等: "Electrochemically Shape-Controlled Synthesis in Deep Eutectic Solvents—A New Route to Prepare Pt Nanocrystals Enclosed by High-Index Facets with High Catalytic Activity", 《THE JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY》 * |
| 刘楷等: "碳纳米管负载高指数晶面结构凹立方体铂纳米晶催化剂的制备及其电催化性能研究", 《2016淮海绿色功能材料论坛暨第三届徐州清洁能源材料论坛》 * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108448129A (zh) * | 2018-03-06 | 2018-08-24 | 江苏师范大学 | 凹立方体Pt-Ir合金纳米晶催化剂的制备方法 |
| CN108767267A (zh) * | 2018-04-16 | 2018-11-06 | 江苏师范大学 | 基于低共熔溶剂凹立方体铂-稀土合金纳米晶体的制备方法 |
| CN108878911A (zh) * | 2018-06-19 | 2018-11-23 | 广西师范大学 | 一种基于低共熔溶剂的氮掺杂碳纳米管载Pt催化剂及其制备方法与应用 |
| CN108878911B (zh) * | 2018-06-19 | 2021-06-08 | 广西师范大学 | 一种基于低共熔溶剂的氮掺杂碳纳米管载Pt催化剂及其制备方法与应用 |
| CN112323108A (zh) * | 2020-11-10 | 2021-02-05 | 上海大学 | 一种铂复合材料的制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Jiang et al. | Promoting vanadium redox flow battery performance by ultra-uniform ZrO2@ C from metal-organic framework | |
| CN109837558B (zh) | 一种水热电沉积结合的羟基氧化铁-镍铁水滑石析氧电极的制备方法 | |
| CN101728541B (zh) | 一种碳纳米管负载钴铂合金催化剂的制备方法 | |
| CN105810957B (zh) | 一种铂/氢氧化镍‑氢氧化钴/石墨烯三维复合催化剂的制备及应用 | |
| CN107749484A (zh) | 一种担载型凹立方体铂纳米晶体催化剂的制备方法 | |
| CN103143348B (zh) | 一种用于直接甲酸燃料电池的Pd@Pt燃料电池催化剂的制备方法 | |
| CN104269566A (zh) | 一种氮掺杂多孔碳纳米片复合材料的制备方法和应用 | |
| CN110767914B (zh) | 一种Co-N掺杂多孔碳包覆碳纳米管核壳结构催化剂及其制备方法与应用 | |
| CN106025244A (zh) | 一种硒化镍/石墨烯/碳纳米管复合材料及其制备方法 | |
| CN108654659B (zh) | 一种磷化钼/石墨烯复合纳米材料及其制备方法 | |
| CN107394215B (zh) | 一种杂原子掺杂的功能化碳材料的制备及应用 | |
| CN102698745A (zh) | 二氧化钛纳米管载钯纳米催化剂及其制备方法 | |
| CN108722453A (zh) | 一种用于碱性电催化析氢的磷化钼/碳复合纳米材料 | |
| CN107937967A (zh) | 多孔道的过渡金属磷化物碳纳米管复合材料及其基于小分子调控的制备方法与应用 | |
| CN110212206A (zh) | 一种凹八面体形貌PtCuNi合金纳米颗粒及其制备方法 | |
| CN104600326A (zh) | 一种碳载纳米铂合金催化剂的制备方法 | |
| CN108448129A (zh) | 凹立方体Pt-Ir合金纳米晶催化剂的制备方法 | |
| CN103831103A (zh) | 一种石墨烯气凝胶催化剂及其制备方法 | |
| CN103259023B (zh) | 一种氢燃料电池电极材料制备方法 | |
| CN109935840A (zh) | 一种燃料电池用Pt基催化剂的制备方法 | |
| Ding et al. | Modulating electronic structure of cobalt phosphide precatalysts via dual-metal incorporation for highly efficient overall water splitting | |
| CN110316715A (zh) | 一种原位制备金属衍生碳基光子晶体的方法 | |
| CN110592616A (zh) | 一种电镀法制备铂/二氧化钛纳米管复合电极的方法 | |
| Lan et al. | High-performance direct liquid fuel cells benefited from highly N-doped and defect-rich carbon paper cathode with carbon nanosheets | |
| CN108832140A (zh) | 一种原子层沉积法制备低铂负载铜纳米线复合催化剂及其氧还原反应应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20180302 |